Stösse von Elektronen u. Ionen mit dünnen molekularen Filmen

In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben zwischen dem Institut für lonenphysik, Universität Innsbruck und dem Institut für Physikalische Chemie, FU Berlin sollen Reaktionen studiert werden, die bei der Kollision von Elektronen und lonen (Kationen und Anionen) definierter Energie und guter Energieauflösung im Energiebereich von nahe 0 eV bis ca 100 eV mit dünnen molekularen Filmen ausgelöst werden. Als Targets sollen fluorierte selbstorganisierte Monoschichten sowie homogene und binäre Filme eingesetzt werden, letztere bestehen in der Regel aus flüchtigen Molekülen und werden in definierter Menge und Zusammensetzung auf eine kalte Metalloberfläche kondensiert. Gemessen wird die elektronenstimulierte Desorption (ESD) von Ionen (in Berlin) bzw. die von der Filmoberfläche rückgestreuten Produktionen (in Innsbruck), jeweils in Abhängigkeit von der Projektilenergie. In beiden Labors wird das Adsorbat mittels thermischer Desorptionsspektroskopie (TDS) untersucht. In Berlin wird zusätzlich der Aufladungsgrad des Adsorbates sowie dessen Zusammensetzung nach Elektronenstrahlexposition bei definierter Energie analysiert, letzteres mittels Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRAS). Ziel der gemeinsamen Untersuchungen ist die Identifizierung und Aufklärung der im statischen Target durch die verschiedenen Projektile bei vergleichbarer Stoßenergie ausgelösten Reaktionen mit der Perspektive, grundsätzliche Mechanismen der zugrundeliegenden komplexen Energie-, Ladungs, -und Stoffübertragungsprozesse aufzuklären sowie gegebenenfalls derartige Prozesse zur gezielten Synthese von Molekülen bzw. zur Modifikation von Oberflächen einzusetzen.

Im Zeitraum dieses Forschungsprojektes wurden Untersuchungen zur Stabilität von Edelgasclusterionen durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass auch das freie Dimerion welches nur aus zwei Atomen besteht einen verzögerten (metastabilen) Zerfall aufweist. Eine Erklärung aufgrund elektronisch angeregter Atome konnte durch die Bestimmung der notwendigen Mindestenergie für die Erzeugung dieser metastabilen Dimere ausgeschlossen werden. Ausgehend von quantentheoretisch bestimmten Potentialkurven der Edelgasdimerionen, einer realistischen Verteilung der inneren Energie der neutralen Cluster wurde versucht über die Besetzung und Lebensdauer von angeregten Dimerionenniveaus, präzise gemessene Energieprofile zu reproduzieren. Im Fall von Argon und Neon gibt es hervorragende Übereinstimmung zwischen Theorie und Experiment. Es zeigte sich, dass die in Innsbruck entwickelte Methode geeignet ist, die Güte von theoretisch bestimmten Potentialkurven sehr genau zu prüfen. Aus den im vorliegenden Projekt bewilligten Mitteln wurde ein Cryostat zum Aufbau einer Clusterquelle angeschafft, die es ermöglicht auch Cluster und Nanotröpfchen aus Helium zu erzeugen. Inzwischen wurden magische Zahlen (Clustergrößen mit besonders hoher Stabilität), Bindungsenergien und Auftrittsenergien von Heliumcluster an zwei jeweils dafür spezialisierten Apparaturen bestimmt. Für die Zukunft sind Experimente geplant, bei denen gasförmige Biomoleküle wie DNA-Basen oder Zucker von einem flüssigen Heliumtröpfchen mitgeführt werden und über das Verdampfen des Heliums extrem abgekühlt werden. Anschließend wird die Wechselwirkung von Elektronen mit diesen ultrakalten isolierten Biomolekülen untersucht. Parallel wurde ein kürzlich gebraucht erworbenes hochauflösendes Massenspektrometer in Betrieb genommen und für die in Innsbruck geplanten Untersuchungen adaptiert (Einlass von Biomolekülen und Steuerung mittels PC und LabView). Erste Messungen wurden inzwischen durchgeführt und bestätigen die erwartete hohe Energie- und Masseauflösung, die für zukünftige Untersuchungen an biologisch relevanten Molekülen benötigt wird.