FOR 1789:  Intermolekularer und Interatomarer Coulomb-Zerfall

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 203306641

Chemische Reaktionen und Strukturänderungen in Molekülen benötigen Energie, um sie zu treiben. In vielen Fällen liegt diese Energie in Form elektronischer Anregungen vor. Der Zerfall solcher elektronisch angeregter Zustände ist daher von großer Bedeutung in Chemie und Biologie. Die Forschergruppe hat einen erst kürzlich entdeckten Mechanismus zum Thema, der elektronische Anregungsenergie von einem Atom oder Molekül zu einem Nachbarn transferiert. Dieser sogenannte Intermolekulare oder Interatomare Coulomb-Zerfall (ICD) tritt in vielen schwach gebunden Systemen, wie zum Beispiel van-der-Vaals-Komplexen oder Flüssigkeiten, auf. ICD überträgt die interne elektronische Anregungsenergie auf ein Elektron eines Nachbaratoms oder Moleküls. Dieses Elektron wird dann entsprechend mit kinetischer Energie aus dem Komplex emittiert. Dabei entstehen zwei positive Ionen. Die Bedingungen, unter denen ICD auftritt, sind in vielen Fällen gegeben. Der erste Schritt ist die Erzeugung eines lokalen Lochs in der Hülle eines der Bausteine, das energetisch über der Doppelionisationsschwelle des schwach gebundenen Komplexes liegt. Dies könnte zum Beispiel ein Loch in der inneren Valenzschale von Wasser sein. Obwohl solche Anregungen schon lange bekannt sind, wurde erst 1997 zum ersten Mal bemerkt, dass benachbarte Wassermoleküle beim Zerfall einer solchen Anregung die entscheidende Rolle spielen können. Die Energie wird sehr effizient an das Nachbarmolekül übertragen und dort durch Emission eines Elektrons abgeführt. ICD ist auf der einen Seite von großer fundamentaler Bedeutung für das Verständnis von Elektronenkorrelation und gekoppelter Dynamik von Elektronen und Kernen. Auf der anderen Seite hat ICD auch erhebliche Auswirkungen für viele Anwendungen, zum Beispiel spielen die niederenergetischen Elektronen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Strahlenschäden. Die Forschergruppe widmet sich folgenden Fragen im Umfeld von ICD: (1) Welche physikalischen und chemischen Parameter beeinflussen ICD? (2) In welchen Systemen tritt ICD auf? (3) Welche Bedeutung spielt ICD in der Chemie? (4) Was sind die biochemischen Implikationen von ICD zum Beispiel bei der Entstehung von Strahlenschäden? (5) Wie sieht die Zeitentwicklung von ICD aus?

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Internationaler Bezug: Österreich

Projekte

• Beobachtung von ICD im Zeitbereich (Antragstellerin Frühling, Ulrike )
• Elektronische Zerfallskaskaden in Mikrosolvatationclustern initiiert durch resonante Absorption der Röntgenstrahlung (Antragsteller Gokhberg, Kirill )
• Erweiterung der bisherigen Untersuchungen von ICD im Zeitbereich (Antragsteller Jahnke, Till )
• ICD in flüssigem Wasser und in wässriger Lösung (Antragsteller Winter, Bernd Jürgen )
• Interatomic Coulombic Decay of clusters upon electron impact (Antragsteller Denifl, Stephan )
• Intermolekularer Coulomb Zerfall in biologischen Systemen und offenschaligen Species (Antragsteller Dreuw, Andreas )
• Koordinationsfonds (Antragsteller Dörner, Reinhard )
• Nachweis des interatomaren und intermolekularen Coulombzerfalls in Clustern durch Fluoreszenz (Antragsteller Knie, Andre )
• Nachweis und quantitative Bestimmung der Effizienz von Intermolekularen Coulomb-Zerfällen in Wasser-Clustern, flüssigem Wasser und Eis (Antragsteller Hergenhahn, Uwe )
• Quantenzustandsaufgelöste Untersuchungen von ICD (Antragsteller Dörner, Reinhard )
• Winkelverteilung der ICD Elektronen in Edelgas Dimeren (Antragsteller Demekhin, Philipp )

• Sprecher: Professor Dr. Reinhard Dörner