Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
NanoBio Physik
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
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Pickup von Atomen und Molekülen in hochgeladene Heliumtröpfchen ermöglicht die effektive Erzeugung größenselektierter Cluster und Nanoteilchen. Darüber hinaus können Ionen mit einigen Heliumatomen angerlagert erzeugt werden, die ideale Voraussetzungen für Spektroskopie bieten.
Durch die Mehrfachionisierung von reinen Helium-Nanotröpfchen (HND) werden Ladungszentren in Konfigurationen mit minimaler Energie nahe der Oberfläche der Tröpfchen verteilt, wo sie einen 2D-Wigner-Kristall bilden. Die Dotierstoffe werden polarisiert und von diesen Ladungszentren angezogen, was zu einem homogenen Wachstum von einfach geladenen Clustern und Nanopartikeln mit einer bisher unerreichten engen Größenverteilung führt. Diese Dotierstoff-Cluster-Ionen können, noch gelöst mit bis zu einigen 100 He-Atomen, durch Abspritzen der HND bei Oberflächenkollisionen oder durch kontrolliertes Schrumpfen in einem Helium-Puffergas aus den großen Wirtströpfchen, entfernt werden.
Das Verspritzen von dotierten Heliumtröpfchen führt in erster Linie zur Rückstreuung der eingebetteten Dotierstoff-Cluster. Durch Ausnutzung dieses Effekts ist es jedoch möglich, Oberflächen innerhalb von Sekunden mit einem Film aus monodispersen Clustern oder Nanopartikeln zu bedecken.
He-markiertes C60+ vor einem Bild des Himmels. Die Laserspektroskopie solcher schwach gebundenen Komplexe ermöglicht die Bestimmung von Absorptionslinien kalter Kationen und Anionen vom UV bis zum IR bei Einzelphotonenabsorption. Diese Spektren werden mit Beobachtungsdaten verglichen, die mit boden- und weltraumgestützten Teleskopen gewonnen wurden.
Derzeit sind mehr als 200 Moleküle im interstellaren Medium identifiziert worden. Darüber hinaus haben Astronomen mehr als 600 Absorptionsbanden in diffusen interstellaren Wolken aufgezeichnet, in denen UV-Licht schwere Elemente und die meisten Moleküle ionisieren dürfte. Unter Verwendung von He-Tags als Botenstoffe für die Photoabsorption ist es möglich, elektronische Übergänge von kalten Molekülionen und -clustern zu bestimmen und sie mit Absorptionslinien zu vergleichen, die von modernen astronomischen Teleskopen sowohl am Boden als auch im Weltraum aufgezeichnet werden.
Die Photoabsorption von kalten ionischen Komplexen kann mit Hilfe der He-Botenspektroskopie gemessen werden. Das Bild zeigt einen roten Laser, der auf eine Phthalocyaninprobe trifft - die Struktur des Moleküls ist ebenfalls dargestellt. Mit dieser Technik lassen sich die Auswirkungen der Solvatation einschließlich der Hydratation von Biomolekülen in Abhängigkeit von der Anzahl der Lösungsmittelmoleküle untersuchen.
Die Laserspektroskopie kalter Ionen in Kombination mit quantenchemischen Berechnungen gibt Aufschluss über die Wechselwirkung von Molekülen mit nach Masse ausgewählten Metallclusterionen. Die Aktivierung ansonsten inerter Moleküle, wie CH4 oder CO2, kann in Abhängigkeit von der Clustergröße gemessen werden, was als erster Schritt für eine katalytische Reaktion angesehen werden kann. Die niedrige Bindungsenergie von He-Tagganten ist von Vorteil, da die Absorption eines einzigen IR-Photons zu dessen Verlust führt und durch Massenspektrometrie aufgezeichnet werden kann.