Sum Frequency Generation Spektrometer

• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549581038

Beantragt wird ein Messplatz "SFG-Spektroskopie für Plasma-Oberflächenwechselwirkung" bestehend aus einem durchstimmbaren Infrarot-Laser und einem sichtbaren Laser, der entsprechenden Optik, einer Messzelle und Messelektronik. Dieser Messplatz wird eine zentrale Rolle in der kürzlich neu besetzten Arbeitsgruppe "Plasma Interface Physics" der Ruhr-Universität Bochum einnehmen. Es sollen im Wesentlichen feste und flüssige Grenzflächen von Oberflächen in Kontakt mit Plasmen vermessen werden. Dabei ist die sogenannte Sum Frequency Generation (SFG) Spektroskopie sensitiv für an der Oberfläche absorbierte Moleküle, die im Infraroten aktiv sind. Diese Moleküle sind ausschlaggebend für den Großteil der durch Nichtgleichgewichtsplasmen verursachten vorteilhaften Anwendungen wie Ätzen und Beschichten sowie das neue Forschungsfeld Plasmakatalyse und biomedizinische Anwendungen. Messgrößen: Summenfrequenz-Generierung Schwingungsspektroskopie (SFG-VS) ist eine leistungsfähige und vielseitige Methode zur in-situ Untersuchung von Oberflächen und Grenzflächen. Im SFG-VS-Experiment wird an einer Oberfläche ein gepulster, abstimmbarer Infrarot (IR) Laserstrahl mit einem sichtbaren (VIS) Strahl gemischt, um einen durchstimmbaren Ausgangstrahl mit der Summenfrequenz zu erhalten. SFG ist ein nichtlinearer Prozess zweiter Ordnung, der nur in Medien ohne Inversionssymmetrie auftritt. An Oberflächen oder Grenzflächen ist die Inversionssymmetrie notwendigerweise gebrochen, was SFG außerordentlich oberflächensensitiv macht. So können Monolagen an Oberflächen analysiert werden. Wenn die IR-Wellenlänge durchgescannt wird, werden aktive Schwingungsmoden der Moleküle an der Grenzfläche angeregt und ergeben einen resonanten Beitrag zum SF-Signal. Die Resonanz-Verstärkung liefert spektrale Informationen über charakteristische Oberflächen-Schwingungsübergänge. Komponenten: Die Komponenten für das SFG Spektrometer umfassen einen durchstimmbaren IR-Laser und einen sichtbaren Laser, entsprechende Optiken für die Fokussierung, Umlenkung und das Mischen sowie entsprechende Detektoren und Auswerteelektronik, um die Spektren zu erzeugen. Projekte: Ein Großteil der Projekte der Arbeitsgruppe wird von dem Messplatz profitieren. In einem wichtigen Projekt soll der Effekt von Plasma in Kontakt mit konventionellen Katalysatoren möglichst operando bestimmt werden. Ein zweites Projekt ist auf die Interaktion von reaktiven Wasser-Plasmen mit wässrigen Lösungen für die Biokatalyse fokussiert. Andere sich in Vorbereitung befindliche Projekte befassen sich mit den Ätzeigenschaften von reaktiven, fluorhaltigen Gasen auf Glasoberflächen. Zudem beschäftigt sich der gesamte SFB mit der Interaktion von Plasmen mit Oberflächen bzw. an Grenzflächen, sodass ein SFG Spektrometer hier einen wertvollen Beitrag für viele Teilprojekte leisten wird.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Sum Frequency Generation Spektrometer
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Ruhr-Universität Bochum
• Leiterin: Professorin Dr. Judith Golda