AG Nano-Bio-Physik

Derzeitige Forschungsthemen


 He Tröpfchen

Durch Expansion von Helium bei etwa 20bar und Temperaturen zwischen 6K und 12K lassen sich Tröpfchen aus He erzeugen, die zwischen 1013 und 103 Atome enthalten. Durch Verdampfungskühlen herrscht im Inneren der Tröpfchen eine Temperatur von 0.37K, was eine ideale Umgebung für viele Untersuchungen darstellt, da alle Schwingungs- und die meisten Rotationsfreiheitsgrade ausgefroren sind. Durch Elektronenstoß werden elekronisch angeregte, positiv und negativ geladene He Atome und auch Elektronenblasen erzeugt. Die Wechselwirkung dieser Reaktanten mit verschiedenen Dotanten im Inneren auch auch an der Oberfläche der Heliumtröpfchen wird in erster Linie massenspektrometrisch untersucht.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
Phone: +43 (0)512 507 52660

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ClusToF - Laserspektroskopie

Im „ClusToF“-Experiment können Ionen mittels Laserspektroskopie untersucht werden. Dabei kommt eine neu entwickelte Methode zur effizienten Erzeugung von Komplexen aus Ionen und Heliumatomen zum Einsatz, bei der hochgeladene und dotierte Heliumtröpfchen mit einer Oberfläche kollidieren. Bei der Kollision entstehende Ionen-Helium-Komplexe können durch die Überlagerung eines Laserstrahls variabler Wellenlänge dissoziiert werden, was mit einem Flugzeitmassenspektrometer beobachtet werden kann. Das wissenschaftliche Hauptaugenmerk liegt momentan auf der Suche nach Trägern der diffusen interstellarer Banden, einer Gruppe von etwa 500 interstellaren Absorbtionslinien, von denen bis jetzt nur eine Handvoll Linien einem Träger, dem Buckminsterfullerene-Kation C60+ zugeordnet werden konnten.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
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Toffy1

Aufbauend auf unserem kürzlich erschienenen Bericht [F. Laimer et al Phys. Rev. Lett. 123, 165301 (2019)] über die Produktion stabiler, hochgeladener Tröpfchen aus suprafluidem Helium wurde eine neue experimentelle Methode [Tiefenthaler et al. Rev. Sci. Instrum. 91, 033315 (2020)] entwickelt, um chemische Reaktionen in der Sub-Kelvin-Umgebung mit einer deutlich höheren Ionenausbeute im Vergleich zu früheren Aufbauten zu untersuchen. Wir demonstrieren eine neuartige Methode zur sanften Ionisierung von Dopandmolekül durch Protonentransfer, bei der die Fragmentierung selbst bei notorisch empfindlichen Molekülen weitgehend verhindert wird. Jüngste Messungen zeigen vielversprechende Ergebnisse bei der Untersuchung des Einflusses von Natrium auf die Fähigkeit von PAKs, H2-Moleküle reversibel zu binden.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
Phone: +43 (0)512 507 52660


Toffy1 

Toffy2 - Biomolekülspektroskopie

Als Erweiterung zum Setup Toffy1, bauen wir derzeit ein neues Experiment auf, das massenspektrometrische und spektroskopische Untersuchungen von fragilen Biomolekülen, eingebettet in Heliumnanotröpchen, ermöglichen soll. Heliumnanotröpchen sind vom tiefen UV bis zum fernen IR transparent und schaffen eine kryogene Umgebung, sodass die Anzahl der besetzten Quantenzustände und strukturelle Fluktuationen der eingebetteten Biomoleküle reduziert werden.

Der neue Aufbau kombiniert eine Heliumnanotröpchen-Quelle mit einer kommerziell erhältlichen Elektrospray-Ionisationsquelle (ESI) und einem Flugzeit-Massenspektrometer.Im neuen Aufbau wird die ESI dazu verwendet, fragile Biomoleküle sanft zu ionisieren und in die Gasphase zu bringen, ohne dass sie dabei fragmentieren. Die extrahierten Ionen werden um 90° abgelenkt und mit einem Heliumnanotröpchenstrahl zusammengeführt. Die Heliumnanotröpchen sammeln die Ionen auf, welche im Folgenden massenspektrometrisch und spektroskopisch untersucht werden.

Kontakt:
Dr. Elisabeth Gruber
E-Mail: E.Gruber@uibk.ac.at  

Toffy2


Snowball - Deponierung

Das Snowball-Experiment wurde gebaut, um den Einfluss von Elektronenstoß-Ionisation auf Helium-Nanotröpfchen zu untersuchen. Mittels zweier elektrostatischer Ablenkeinheiten können die in der Clusterquelle erzeugten Helium-Nanotröpfchen nach der Ionisation auf ihren Ladungszustand untersucht werden und so zum Beispiel Informationen über Auftrittsgrößen von bestimmten Ladungszuständen unterschiedlicher Polarisation gesammelt werden. Vor kurzem wurde der experimentelle Aufbau um eine Ofenkammer und separat belüftbare Deponierkammer erweitert. Unter Ausnutzung der Fähigkeit zur Masse-zu-Ladungs-Selektion der ionisierten, puren Helium-Nanotröpfchen können so gezielt Nanopartikel verschiedenster Materialen mit schmaler Größenverteilung erzeugt und zur weiteren Untersuchung auf Oberflächen deponiert werden.

Kontakt:
Felix Laimer, PhD
E-Mail: Felix.Laimer@uibk.ac.at

Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
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Magnetron Sputter Deposition - Produktion & Analyse von Dünnschichten

Magnetron Sputter Deposition ermöglicht die Erzeugung von metallischen Dünnschichten auf einer Vielzahl von Substraten. Das Wachstum der metallischen Filme lässt sich durch die Kombination verschiedener Sputter-Materialien, wie Titan oder Gold, und unterschiedlichen Entladungsspannungen sowie Prozessdrücken mit Argon oder auch Stickstoff, weitgehend kontrollieren und mit einer eingebauten Quarzkristall-Mikrowaage beobachten.

Im Gegensatz zu Festkörpern hängen die Eigenschaften solcher dünnen Schichten dabei nicht nur von ihrer elementaren Zusammensetzung ab, sondern werden stark durch ihre Schichtdicke und Mikrostruktur beeinflusst. Dadurch spielt die kontrollierte Produktion eine wesentliche Rolle in den Anwendungen zu gezielten Modifikationen verschiedener Oberflächen und in der Nanotechnologie. Zu den adaptierbaren Eigenschaften zählen unter anderem Veränderungen in der Oberflächenrauigkeit, in Absorption und Reflexion und in der elektrischen Leitfähigkeit. Diese können mithilfe von unserem Rasterkraftmikroskop (AFM), einem Rastertunnelmikroskop (STM), Absorptionspektroskopie und Vierpunktmessungen untersucht werden.

Kontakt:
Felix Laimer, PhD
E-Mail: Felix.Laimer@uibk.ac.at

 

Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
Phone: +43 (0)512 507 52660

AFM


 Magnetron


 SurfToF - Ionen-Oberflächen-Stöße

Reaktionen zwischen Ionen und Oberflächen haben ein sehr breites Anwendungsgebiet von Astrochemie über Clusterphysik bis hin zu Fusionsforschung, wo solche Reaktionen bei sogenannten Plasma-Wand-Wechselwirkungen auftreten können. Weiters sind Ionisationsvorgänge an Oberflächen – im Gegensatz zu Ionisationsprozessen in der Gasphase – ein relativ junges Forschungsthema. Vor allem die Komplexität der Vorgänge an Oberflächen macht theoretische Berechnungen sehr schwierig und steigert somit den Stellenwert der experimentellen Daten.

Mit dem Tandem-Massenspektrometer (SurfTOF), das eine Kombination aus einem Quadrupol-MS und einem Flugzeitmassenspektrometer darstellt, ist es möglich Ionisationsprozesse an einem Oberflächen-Sample zu beobachten, zusätzlich können Sputtervorgänge und Wechselwirkungsprozesse von diversen ionischen Projektilen und dem Oberflächenmaterial oder auf der Oberfläche abgelagertem Material untersucht werden. Das Quadrupol -MS erlaubt es massenselektierte Projektilionen mit definierten Energien zwischen 3 eV und 500 eV auf die Oberfläche zu beschleunigen. Die bei dieser Reaktion entstehenden Produkt-Ionen können mit dem nachfolgenden Flugzeit-MS identifiziert und quantifiziert werden.

Kontakt:
Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
Phone: +43 (0)512 507 52660

SurfToF_1

SurfTof_2
 

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