Ultra-low temperature hydrocarbon chemistry in liquid helium droplets
Final Report Abstract
Die im Rahmen des vorliegenden Projekts durchgeführten Untersuchungen bestätigen die Bedeutung von Tieftemperatur-Reaktionen für die Bildung des interstellaren Staubs. Die Reaktionen, die bei T = 0.37 K in Helium-Tröpfchen prompt ablaufen, sollten auch bei den etwas höheren Temperaturen des Interstellaren Mediums (ISM) schnell ablaufen. Die beobachtete Reaktionsträgheit von Eisenatomen legt nahe, dass das meiste Eisen in Eisen- Staubteilchen gebunden ist. Auf der anderen Seite lassen die barrierefreien Reaktionen atomaren Kohlenstoffs mit kleinen polyzyklischen aromatischen Kohlenwasserstoff-Molekülen (PAKs) auf einen schnellen Abbau derselben im ISM schließen. Über seine astrophysikalische Bedeutung hinaus lieferte das Projekt wertvolle Informationen über ultrakalte Reaktionsdynamik in Heliumtröpfchen sowie über die Wechselwirkung der gelösten Spezies mit ihrer suprafluiden Umgebung. So zeigten z.B. die spektroskopischen Untersuchungen an in He-Tröpfchen gelösten Aluminium-Atomen eine starke Kopplung des elektronischen Übergangsmoments an die Schwingungsmoden des Al-Hen-Komplexes. Wegen der großen Ähnlichkeit der Al-Spektren mit denen von Magnesium kann vermutet werden, dass sich, wie für Mg, auch für Al eine von Helium-Atomen durchsetzte „Schaum“-Struktur ausbildet. Diese Beobachtung wird auch von der schwachen langweitreichigen Wechselwirkung zwischen zwei Al-Atomen, die von der Theorie vorhergesagt wird, unterstützt. Während der Projektlaufzeit wurden auch wichtige instrumentelle Entwicklungen realisiert. Der Aufbau eines Flugzeit-Massenspektrometers ermöglichte uns die Aufzeichnung von massenspezifischen elektronischen Spektren der in den Heliumtröpfchen eingelagerten Spezies. Ferner setzte uns eine neuartige Quelle für einen intensiven effusiven Strahl aus niederenergetischen Kohlenstoffatomen – ohne die sonst übliche Kontamination durch Kohlenstoffcluster – in den Stand, die Reaktionen von C-Atomen mit einer Reihe von PAKs zu studieren. Wegen ihrer Reinheit und ihres einfachen Designs ist die atomare Kohlenstoffquelle auch für den Einsatz in verschiedenen anwendungsorientierten Forschungsgebieten, wie z.B. der Halbleiterindustrie, bestens geeignet.
Publications
- A simple and clean source of low-energy atomic carbon, Appl. Phys. Lett. 105, 113506 (2014)
S. A. Krasnokutski and F. Huisken
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4895806) - Reactivity of iron atoms at low temperature, J. Phys. Chem. A 118, 2612 (2014)
S. A. Krasnokutski and F. Huisken
(See online at https://doi.org/10.1021/jp5007704) - Ultra-low-temperature reactions of C(3P0) atoms with benzene molecules in helium droplets, J. Chem. Phys. 141, 214306 (2014)
. A. Krasnokutski and F. Huisken
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4902369) - Resonant two-photon ionization spectroscopy of Al atoms and dimers solvated in helium nanodroplets, J. Chem. Phys. 142, 084311 (2015)
S. A. Krasnokutski and F. Huisken
(See online at https://doi.org/10.1063/1.4908533)
