Dynamik an Eis-Oberflächen mit Hilfe von Geschwindigkeitsmessungen

• Antragsteller: Professor Dr. Sven Köhler
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Astrophysik und Astronomie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545664458

Die Photodesorption von Eisoberflächen ist einer der wichtigsten Prozesse, welcher die gemessenen Konzentrationen von Gasmolekülen im interstellaren Raum erklären kann. Die Messung solcher Ausbeuten wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht, allerdings sind die Mechanismen weiterhin kaum erklärt. In dieser Zusammenarbeit werden die Gruppen an der Sorbonne und in Hannover ihre jeweiligen Stärken zusammenführen, um weitere Erkenntnisse zur Dynamik der Photodesorption an Eisoberflächen zu gewinnen. Es wird erstmals die 3D-surface velocity map imaging (VMI) Technik mit Photodesorptionsprozessen an Eisoberflächen (VMICES velocity map imaging from ices) kombiniert. Die Anregung von festem CO, N2, NO und H2O mit Photonen mit 7-14 eV (inkl Synchrotron Strahlung) führt zur Desorption von Molekülen oder Fragmenten unter Bedingungen, wie sie im interstellaren Raum herrschen. Die geplanten Experimente werden daher weiteren Aufschluss darüber geben, wie komplexe Moleküle im Weltall entstehen. Die Felder der Astrophysik, Reaktionsdynamik, Oberflächenphysik und Laserentwicklung werden dabei abgedeckt, und der transdisziplinäre Charakter dieses Antrags wird auch in der Zusammensetzung des Teams deutlich: Die französische Gruppe ist in der Physik beheimatet, während die deutsche Gruppe aus Chemikern im Maschinenbau besteht. Die Erfahrungen der beiden Gruppen ist komplementär: Die Pariser Gruppe hat sehr erfolgreich die Desorption von Eisoberflächen bei Temperaturen von nur ein paar Kelvin erforscht. Die Gruppe aus Hannover ist eine von 5 weltweit, welche die VMI Technik für Studien an Oberflächen weiterentwickelt hat; dies ermöglicht es, die Geschwindigkeitsverteilung von Teilchen, welche von Oberflächen desorbieren, in alle 3 Raumrichtungen unabhängig voneinander zu bestimmen und daher die Winkelverteilung zu bestimmen. Genau dies wird es ermöglichen, die Apparatur in Paris fortan zu nutzen, um verschiedene Desorptionsmechanismen von Eisoberflächen zu unterscheiden, was ohne Winkelverteilung, also nur aufgrund der Geschwindigkeitsverteilung nahezu unmöglich ist. Als Beispiel seien die Mechanismen der elektrostatischen Abstoßung, die hochenergetischen photochemischen Mechanismen und der Impulstransfer genannt, die meist unterschiedliche Winkelsignaturen besitzen. Die beiden Gruppen haben bereits 2 Jahre lang in einem französisch-britischem Projekt zusammengearbeitet und die Ionenoptiken berechnet und entworfen. In diesem Projekt werden die Entwürfe in die Tat umgesetzt, die SPICES-VMI Apparatur getestet und für verschiedene Experimente genutzt, wie z.B. die Desorption von Eisoberflächen oder die Anregung kleiner organischer chiraler Moleküle mit polarisiertem Licht, wobei die Vorteile der Winkelbestimmung voll ausgespielt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Großgeräte: Desorption Laser
• Gerätegruppe: 5710 Gas-Laser
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jean-Hugues Fillion