Optische Spektroskopie siliziumhaltiger Cluster und Nanostrukturen von astrophysikalischem Interesse

• Antragsteller: Professor Dr. Otto Dopfer
• Fachliche Zuordnung: Astrophysik und Astronomie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 431702392

In diesem Fortsetzungsantrag erweitern wir unsere Studien zur Bestimmung der geometrischen und elektronischen Eigenschaften kleiner siliziumhaltiger Cluster und Nanostrukturen von astrophysikalischem Interesse mit modernsten Methoden der IR-UV Laserspektroskopie und Quantenchemie. Die Wachstumsprozesse bei der Bildung silikathaltiger Staubpartikel im Mikrometerbereich aus kleinen Siliziumoxiden und verwandten Molekülen im interstellaren Raum sind bisher nicht aufgeklärt. Intermediate zwischen beiden Größenbereichen müssen existieren, sind aber bisher nicht nachgewiesen. Optische Spektren dieser Spezies wurden bisher im Labor praktisch nicht vermessen und sind daher unbekannt. Ziel des Projekts ist daher, diese Lücke zu schließen durch die Bestimmung ihrer optischen und photochemischen Eigenschaften, Stabilitäten und Bindungsenergien, Fragmentationskanäle und chemischen Reaktivität. Basierend auf den pionierartigen Ergebnissen zu kleinen mehratomigen Siliziumoxid- und Siliziumcarbidclustern aus der ersten Förderperiode fokussieren wir unsere Bestrebungen nun auf größere Cluster und höhere spektrale Auflösung. Dazu soll insbesondere eine kryogene Ionenfalle in das vorhandene Tandem-Massenspektrometer mit Laserverdampfungsquelle implementiert werden, welche die Qualität des spektroskopischen Ansatzes bezüglich spektraler Auflösung und Sensitivität auf eine neue Stufe heben wird. Solche Laborspektren bilden die Voraussetzung des Nachweises dieser Partikel im interstellaren Raum. Zugleich liefern die Resultate wertvolle Inputdaten für theoretische Modelle zur Beschreibung der chemischen und physikalischen Prozesse in zirkumstellaren Staubhüllen. Obwohl wir uns hier auf die astrophysikalischen Aspekte dieser Siliziumoxide und Silikate und verwandter Systeme konzentrieren, sind diese Systeme auch in anderen Forschungsgebieten von großem Interesse (z.B. Halbleiternanotechnologie, Materialwissenschaften, Nanophotonik, Katalyse). Die experimentell bestimmten optischen Eigenschaften dieser Spezies dienen zudem auch als Benchmark für die Weiterentwicklung quantenchemischer Verfahren zur zuverlässigen Berechnung von zum Teil hoch angeregten elektronischen Zuständen, einer weiterhin großen Herausforderung auf dem Gebiet der theoretischen Chemie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr. Alexander Axel Breier