Untersuchungen von ultraschnellen Molekularprozessen mit der Multiparticle Imaging Technik

• Antragsteller: Professor Dr. Reinhard Dörner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242361864

Wie bilden sich Molekülorbitale aus den atomaren Orbitalen wenn eine chemische Bindung entsteht und in der Zeitumkehrung: wie formen sich die Orbitale der Fragmente, wenn eine chemische Bindung bricht?Ziel des Projektes ist, zur Klärung dieser fundamentalen Frage zwischen Chemie und Physik beizutragen. Wir schlagen vor, Synchrotronstrahlung zu nutzen, um in einem Molekül eine schnelle Dissoziation auszulösen indem wir ein inneres Elektron anregen. Während dieser sehr schnellen Dissoziation emittiert das Molekül ein Augerelektron. Die Winkel- und Energieverteilung dieses Elektrons trägt die Information über den Bindungsabstand und die Form der beteiligten Orbitale zum Zeitpunkt des Zerfalls. Wir planen Richtung und Energie dieser Augerelektronen und der Molekülfragmente in Koinzidenz zu vermessen. Diese Messtechnik wird eine einmalige Kombination aus Zeitinformation (core hole clock), energetischer Information über die Zustände (schmalbandige Synchrotronstrahlung) und Ortsinformation (Auger Elektronenbeugung) liefern.Ziel dieser Experimente ist es, erstmals Elektronenbeugungsbilder (Augerelektronen) während einer Dissoziation zu messen. Aus der gemessenen Richtung der Fragmentionen erhalten wir für jedes einzelne Moleküls seine Ausrichtung. Das Augerelektron, das während der Dissoziation emittiert wird, wird im jeweils aktuellen Molekülpotential zum Zeitpunkt des Augerzerfalls gebeugt. Da wir diese Augerelektronen in Koinzidenz mit den Fragmentionen detektieren, erhalten wir die Elektronenbeugungsbilder im Molekülsystem. Die Augerelektronenwinkelverteilung spiegelt zusätzlich die Form des transienten Orbitals. Das dissoziierende Molekül beleuchtet sich mit diesen Augerelektronen quasi selbst.Wir reichen das Projekt im Rahmen einer aktuellen gemeinsamen Ausschreibung von DFG und ANR für deutsch-französische Kollaborationsprojekte ein. Der französische Partner gehört zu den Pionieren auf dem Gebiet der ultraschnellen Dissoziation mittels Synchrotronstrahlung und der deutsche Partner bringt die Expertise für den koinzidenten Nachweis von Elektronen und Ionen ein. Die Experimente werden in gemeinsamen Strahlzeiten an den beiden komplementären Synchrotronstrahlungsquellen BESSY (Berlin, niedrige Energie) und SOLEIL (Paris, hohe Energie) durchgeführt. Beide Gruppen haben ein gemeinsames vorbereitendes Experiment an HCl bei BESSY durchgeführt, das die Machbarkeit und die Fruchtbarkeit des oben geschilderten Konzeptes belegt.Wir haben drei Systeme HCl, H2S und O2 ausgewählt. HCl und H2S erlauben, diese Messungen sowohl an der K als auch in der L Schale durchzuführen. Bei O2 werden schließlich 2 Elektronen nacheinander emittiert die wir beide in Koinzidenz messen werden, so dass man zwei zeitverzögerte Beugungsbilder erhält.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Beteiligte Person: Dr. Marc Simon