SFG-Spektrometer für ultraschnelle vibronische und elektronische Analyse von Grenzflächen

• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574594370

Grenzflächen spielen in vielen Kolloiden und grenzflächenkontrollierten Materialien eine entscheidende Rolle und können dazu genutzt werden Materialeigenschaften auf molekularer Ebene zu kontrollieren. Es gibt allerdings in der Regel nur wenige Methoden mit denen sich fluide Grenzflächen z.B. Fest\Flüssig- oder Flüssig\Gas-Grenzflächen auf molekularer Ebene charakterisieren lassen. Insbesondere hier soll das Spektrometer für zeitaufgelöste und elektronische Summenfrequenz-Spektroskopie (SFG) eingesetzt werden und dazu beitragen die Zusammensetzung, Struktur und Dynamik von Grenzflächen auf molekularer Ebene aufzuklären. Im Fokus der Arbeiten stehen dabei photoschaltbare Grenzflächen sowie Grenzflächen, an denen nach optischer Anregung photochemische Reaktionen ablaufen können. Dies können z.B. auch Oberflächen mit plasmonischen Nanostrukturen sein. Die Dynamik dieser Grenzflächen soll zum einem durch zeitaufgelöste SFG-Spektroskopie untersucht werden, zum anderen soll die elektronische Struktur der Grenzflächen mit Hilfe doppeltresonanter SFG-Spektroskopie zusätzlich charakterisiert werden. Die Grenzflächen können beispielsweise mit photoschaltbaren Amphiphilen oder deren Aggregaten mit anderen Verbindungen wie Polyelektrolyten oder Photosensitizern modifiziert werden. Diese werden genutzt, um inhärent grenzflächenkontrollierte Materialien mit Licht über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von der Grenzfläche bis zum makroskopisch sichtbaren Material zu steuern, um diese auf molekularer Ebene zu kontrollieren. Mit dem Spektrometer sollen neben der molekularen Struktur von Grenzflächen auch weitere grundsächliche physikalisch-chemische Fragestellungen zur Dynamik der Moleküle in unterschiedlichen Geometrien untersucht werden. Dies reicht von Einzelmolekülen in der Volumenflüssigkeit bis hin zu Aggregaten wie Mizellen im Flüssigkeitsvolumen sowie der lateralen Anordnung und Dynamik der Moleküle an Grenzflächen. Dazu wer-den mit Hilfe des Multifunktionsspektrometers photoschaltbare Moleküle im Volumen durch die Transiente-Absorptions-Spektroskopie untersucht, während an Grenzflächen die SFG-Spektroskopie in unterschiedlichen Ausprägungen von Pump-Probe- zur doppeltresonanten SFG-Spektroskopie eingesetzt werden soll. Dafür wird ein gepulstes Hochleistungslasersystem mit hoher Wiederholrate und möglichst kurzen Femtosekundenpulsen sowie verschiedene Konversionsstufen zur Erzeugung von drei Pulsen einen Pikosekundenpuls mit geringer spektraler Bandbreite, welcher abstimmbar im sichtbaren bis nahen IR-Spektralbereich ist, sowie zwei weitere ultrakurze Laserpulse benötigt. Von diesen Pulsen soll einer als Pump-Puls zur Anregung eingesetzt werden und ein weiterer für das SFG-Experiment mit Wellen-längen im mittleren IR-Spektralbereich.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: SFG-Spektrometer für ultraschnelle vibronische und elektronische Analyse von Grenzflächen
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Universität Münster
• Leiter: Professor Dr. Björn Braunschweig