Gleichzeitiger Nachweis zweier Elektronen nach Photoionisation freier Moleküle und Cluster mit Photonen im weichen Röntgenbereich
Final Report Abstract
Eine wichtige Methode zur Erforschung der Elektronenstruktur von Molekülen ist die Elektronenspektroskopie. Hierbei machen Photoelektronenspektren eine Aussage über positiv geladene Moleküle, Spektren von Auger-Elektronen können Informationen über zweifach geladene Moleküle (Dikationen) geben. Wie aber hängen Photoelektronen- und Auger- Elektronen-Spektrum miteinander zusammen? In diesem Projekt haben wir die K-Schale eines freien, kleinen Moleküls mit Synchrotronstrahlung ionisiert und durch gleichzeitigen Nachweis des dabei erzeugten Photoelektrons und des nachfolgenden Auger-Elektrons erstmals gezeigt, wie sich das Auger-Spektrum aus den einzelnen Zuständen aufbaut, die bei der Photoionisation bevölkert werden. Zu diesem Zweck haben wir eine Apparatur aufgebaut, die es erstmals erlaubt, solche koinzidenten Elektronenspektren mit einer Energieauflösung zu messen, die besser als der Schwingungsabstand vieler molekularer Niveaus ist. Für Moleküle, die durch Photoionisation einer inneren Schale nicht in einen gebundenen Zustand übergehen, konnten wir erstmals zeigen, dass die Bevölkerung der elektronischen Endzustände beim Auger-Zerfall von der Energie des Photoelektrons abhängt. Diese Ergebnisse sind theoretisch noch unverstanden. In Clustern, schwach gebundenen Aggregaten aus mehreren Atomen oder Molekülen, ist neben Auger-Zerfall auch ein anderer Autoionisationsprozess wichtig: Der Interatomare oder Intermolekulare Coulomb-Zerfall. In unserem Vorhaben haben wir den ersten experimentellen Hinweis auf diesen bis dato nur theoretisch vorhergesagten Prozess erbracht. Um die chemische Relevanz von ICD zu demonstrieren, haben wir in der zweiten Projektperiode die Existenz von ICD in Wasser-Clustern gezeigt, wiederum durch gleichzeitigen Nachweis von Photoelektronen und ICD-Elektron. Interatomaren|Intermolekularen Coulomb-Zerfall kann es nur in nicht isolierten Atomen oder Molekülen geben. Eine starke chemische Bindung zwischen den Nachbarn ist dabei keine Voraussetzung, ICD funktioniert auch in van-der-Waals Clustern. In heterogenen, schwach gebundenen Substanzen, zum Beispiel Lösungen, könnte ICD daher zur Aufklärung von Nachbarschaftsbeziehungen zwischen den Inhaltsstoffen beitragen. Ein Experiment, in dem diese Vision für gemischte van-der-Waals Cluster aus Ne und Ar gezeigt wird, wurde ebenfalls in diesem Vorhaben durchgeführt.
Publications
- Photoelectron-Auger electron coincidence spectroscopy of free molecules: new experiments, J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. (Kai Siegbahn Memorial Issue)
V. Ulrich, S. Barth, T. Lischke, S. Joshi, T. Arion, M. Mucke, M. Förstel, A. M. Bradshaw, and U. Hergenhahn
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.elspec.2010.03.001) - Experimental evidence for Interatomic Coulombic Decay in Ne clusters, Phys. Rev. Lett. 90, 203401 (2003)
S. Marburger, O. Kugeler, U. Hergenhahn, and T. Möller
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.203401) - Interface identification by non-local autoionization transitions, Phys. Chem. Chem. Phys. 8, 3218-22 (2006)
S. Barth, S. P. Marburger, S. Joshi, V. Ulrich, O. Kugeler, and U. Hergenhahn
(See online at https://dx.doi.org/10.1039/B602019D) - The efficiency of Interatomic Coulombic Decay in Ne clusters, Chem. Phys. 329, 246-50 (2006)
S. Barth, S. Marburger, O. Kugeler, V. Ulrich, S. Joshi, A. M. Bradshaw, and U. Hergenhahn
(See online at https://dx.doi.org/10.1016/j.chemphys.2006.06.035) - Untersuchung des Interatomaren Coulomb-Zerfalls in schwach gebundenen Systemen, Dissertation, Technische Universität Berlin, 2007
S. Barth
- Untersuchung von Autoionisationsprozessen in kleinen Molekülen und Clustern mittels hochauflösender Elektronenkoinzidenzspektroskopie, Dissertation, Technische Universität Berlin, 2007
V. Ulrich
- Separating the Vibrationally Resolved Auger Decay Channels for a CO Core Hole State, Phys. Rev. Lett. 100, 143003 (2008)
V. Ulrich, S. Barth, S. Joshi, T. Lischke, A. M. Bradshaw, and U. Hergenhahn
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.143003) - Valence Ionization of Water Clusters: From Isolated Molecules to Bulk, J. Phys. Chem. A 113, 13519-27 (2009)
S. Barth, M. Oncak, V. Ulrich, M. Mucke, T. Lischke, P. Slavicek, and U. Hergenhahn
(See online at https://dx.doi.org/10.1021/jp906113e) - A hitherto unrecognized source of low-energy electrons in water, Nature Physics 6, 143-6 (2010)
M. Mucke, M. Braune, S. Barth, M. Förstel, T. Lischke, V. Ulrich, T. Arion, U. Becker, A. Bradshaw, and U. Hergenhahn
(See online at https://dx.doi.org/10.1038/nphys1500)
