Hochauflösende Spektroskopie von protoniertem Methan: Struktur und Dynamik fluxionaler Moleküle

• Antragsteller: Dr. Oskar Asvany; Professor Dr. Stephan Schlemmer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 133140313

Dieses Projekt konzentriert sich auf die Spektroskopie des enigmatischen CH5+ Ions. Es ist der Prototyp eines zwar fest gebundenen Moleküls aber ohne eine feste Struktur. Diese Eigenschaften führen dazu, dass das allgemeine Bild einer Molekülstruktur aus Atomkernen und Bindungen für das CH5+ und verwandte Moleküle in Frage gestellt werden muss. In der ersten Förderperiode haben unsere sehr hochaufgelösten Infrarotspektren einen ersten Blick auf das Energietermschema der niedrigsten Energiezustände gestattet. Die beobachteten Übergänge konnten erstmals den drei Kernspinmodifikationen dieses Moleküls mit fünf equivalenten Protonen zugeordnet werden. Das ist ein erster Schritt der Zuordnung der Spektren dieses ungewöhnlichen Moleküls. Auf der Grundlage der experimentellen Entwicklungen in diesem Projekt in den letzten sechs Jahren wird es nun möglich das Terahertzspektrum von CH5+ aufzunehmen und so die niedrigsten Übergänge zu identifizieren, ungeachtet dessen, ob es sich um reine Rotations- oder Rotations-Vibrationsübergänge handelt. Unsere experimentellen Entwickungen werden gepaart von einer neuen leistungsfähigen theoretischen Beschreibung der molekularen Energieterme und ihrer Übergänge. Dieser konzeptionell andere Ansatz wurde durch die neuerliche Erkenntnis befruchtet, dass die ro-vibrationellen Wellenfunktionen nicht mehr wie bei anderen Molekülen in einen Rotationsanteil und einen Schwingungsanteil separiert werden können. Vielmehr wird der neue Ansatz, der teilweise aus der Kernphysik entliehen ist, Energieterme jenseits des traditionellen Starren Rotors liefern. Messungen und Interpretation der Spektren des CH5+ werden in dem kombinierten experimentellen und theoretischen Projekt zu einer allgemeineren adäquaten Beschreibung nicht starrer Moleküle von schwach gebundenen Clustern bis hin zu stark gebundenen Strukturen führen. Auf dieser Basis zielt das Projekt auf ein grundsätzlich verbessertes Verständnis in der Molekülphysik.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen