Winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie an massenselektierten Clustern mit Synchrotronstrahlung
Experimentelle Physik der kondensierten Materie
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Eigenschaften von extrem kleinen Nanopartikeln, auch Cluster genannt, variieren stark mit der Größe. Um die Eigenschaften experimentell zu untersuchen, müssen die Cluster daher vor dem Experiment nach der Größe getrennt werden. Dies geschieht am effektivsten in einem Massenspektrometer. Das erfordert aber, dass die Teilchen elektrisch geladen sind. Experimente an massenseparierten Clustern sind daher meist Experimente an Ionenstrahlen, deren Targetdichte rund sechs Größenordnungen unter der eines typischen Gasphasenexperiment an neutralen Teilchen liegt. Die niedrige Targetdichte muss in Photoemissions-Experimenten mit hohen Lichtintensitäten, wie sie Laser liefern, kompensiert werden. Synchrotronstrahlung ist ein vielseitiges Werkzeug, mit dem die Eigenschaften der Materie erkundet werden können. Sie konnte aber bisher nur in wenigen Fällen auf massenseparierte Cluster angewendet werden, weil die Strahlungsintensität im Vergleich zu Lasern gering ist. Das vorliegende Projekt hatte zum Ziel, eine Technik zu entwickeln, die es trotz der Intensitätsprobleme ermöglicht, Photoelektronenspektren an massenselektierten Clusterionenstrahlen mit Sychrotronstrahlung aufzunehmen. Das Problem der extrem niedrigen Intensität an erzeugten Photoelektronen sollte im ersten Anlauf mit einem VMI-Spektrometer gelöst werden. Das Spektrometer hat im Prinzip eine 100% -Nachweisrate für alle erzeugten Photolelektronen, ist aber sehr empfindlich gegenüber Untergrundelektronen. Deshalb musste dieser Ansatz aufgeben werden. Im zweiten Schritt wurde ein neuartiges Flugzeit-Photoelektronenspektrometer entwickelt, dass auch mit quasi-kontinuierlicher Strahlung betrieben werden kann. Das Spektrometer vom Typ Magnetische Flasche ist aufgrund des abschirmenden Magnetfeldes relativ unempfindlich gegenüber Untergrundelektronen. Mit diesem neuen Ansatz ist es gelungen, ein Teilziel des Projektes zu erreichen. Es gelang, Valenzband - Photoelektronenspektren massenselektierter Metallcluster mit Synchrotronstrahlung im VUV-Bereich aufzunehmen. Weiterhin ist es gelungen, erste Innerschalenspektren flach-liegender 4f-Orbitale mit Synchrotronstrahlung aufzunehmen. Das bedeutet, dass an einem anderen Strahlrohr, das höhere Photonenenergien liefern kann, mit der neuen Technik auch reguläre XPS-Messungen an Cluster-Ionenstrahlen möglich sind. Die Energieauflösung ist noch relativ schlecht, aber ein Proof-of-Principle konnte erbracht werden. Ein weiterer kleiner Erfolg ist die Entwicklung eines neuen Typs Flugzeitspektrometer, dass sich vermutlich auch für andere Anwendungen eignet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A magnetic bottle time-of-flight electron spectrometer suitable for continuous ionization sources. Review of Scientific Instruments, 90(6).
Strobel, Christoph; Gantefoer, Gerd; Bodi, Andras & Hemberger, Patrick
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Gridless electron trap for a high-duty cycle magnetic bottle time-of-flight spectrometer. Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena, 239(2020, 2), 146900.
Strobel, Christoph; Gantefoer, Gerd; Bodi, Andras & Hemberger, Patrick
