Advanced Molecular-Beam Surface-Scattering Apparatus (Erneuerung)

• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie
• Förderung: Förderung in 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 584160619

Im Jahr 2011 wurde an der Universität Göttingen das „Advanced Molecular-Beam Surface-Scattering Apparatus for Studies under Extreme Conditions“ aufgebaut, um Oberflächendynamik und -kinetik durch die Kombination von Molekularstrahlen, Laserspektroskopie und oberflächenwissenschaftlichen Methoden zu untersuchen. Die Reaktionsprodukte wurden mittels des geschwindigkeitsaufgelösten Kinetikansatzes detektiert, bei dem desorbierende Produkte ionisiert und mittels Velocity-Map-Imaging analysiert werden. Die Messungen erfolgen durch Variation der Verzögerungszeit zwischen Molekularstrahl- und Laserpulsen, sodass Reaktionsraten genau bestimmt werden können. Die maximale Wiederholrate wird durch die Düse und das Lasersystem begrenzt (≈500 Hz); dementsprechend wurde das Setup von 2011 mit einer für diese Raten optimierten Kamera ausgestattet. Inzwischen hat der technologische Fortschritt das bisherige, langsame Detektionssystem veraltet werden lassen. Hochgeschwindigkeits-Event-Kameras wurden entwickelt, die drastisch kürzere Aufnahmezeiten bieten. Um die wissenschaftliche Relevanz des Aufbaus langfristig sicherzustellen, planen wir daher, den Detektor durch eine solche Hochgeschwindigkeits-Event-Kamera zu ersetzen, die bei Wiederholraten von bis zu 100 kHz betrieben werden kann. In den geplanten Photoelektron–Photoion-Koinzidenz (PEPICO) Experimenten werden Elektronen und Ionen dann gleichzeitig aufgezeichnet, wobei jedes Elektron mit einem entsprechenden Ion korreliert wird, das durch seine Flugzeit charakterisiert ist. Dadurch können Photoelektronenspektren einzelner Spezies selbst in komplexen Gemischen unterschieden werden. Diese Fähigkeit ist entscheidend für Oberflächenreaktionen mit geringen Produktausbeuten, bei denen Reaktanten und Produkte gleichzeitig im Ionisationsvolumen vorliegen. Herkömmliche Methoden können nicht unterscheiden, ob Photoelektronen von Reaktanten oder Produkten stammen, während PEPICO eine klare Trennung ermöglicht. Wir planen, diesen Ansatz auf chirale Systeme anzuwenden. Chiralität kann über den Photoelektronen-Zirkulardichroismus (PECD) untersucht werden. Hierbei erzeugt die Ionisation eines spezifischen Enantiomers mit zirkular polarisiertem Licht eine asymmetrische Winkelverteilung der Photoelektronen. In Kombination mit PEPICO wird diese Technik als enantiosensitives Werkzeug zur Identifizierung chiraler Reaktionsprodukte in Oberflächenstreuungsexperimenten dienen. Solche Messungen erfordern geringe Ionisationsintensitäten, um sicherzustellen, dass pro Laserpuls nur ein Ionisationsereignis stattfindet, wodurch mehrere nicht-korrelierbare Ereignisse vermieden werden. Um die dadurch reduzierten Signale zu kompensieren, müssen Ionisation und Detektion bei hohen Wiederholraten durchgeführt werden. Mit Zugang zu einem 100-kHz-Lasersystem in Göttingen ermöglicht das geplante Kamera-Upgrade Ion-Imaging bei entsprechenden Raten und stellt so die langfristige Funktionsfähigkeit und Wettbewerbsfähigkeit des Aufbaus sicher.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Ertüchtigung des Advanced Molecular-Beam Surface-Scattering Apparatus
• Gerätegruppe: 0920 Atom- und Molekularstrahl-Apparaturen
• Antragstellende Institution: Georg-August-Universität Göttingen
• Leiter: Privatdozent Dr. Tim Schäfer