Photo­elektronen­spektroskopie an Molekülen

Wir führen in Zusammenarbeit mit der Gruppe von Prof. Riedle am Institut für BioMolekulare Optik der Ludwigs-Maximilians-Universität im Rahmen des Excellenzclusters „Munich Centre for Advanced Photonics“ Experimente zur zeitaufgelösten Photoelektronenspektroskopie (TRPES) durch.

Die Photochemie organischer Moleküle, d.h. die Einleitung chemischer Reaktionen durch die Absorption eines Photons durch eines der Edukte, ist von großem Interesse für eine Vielzahl von Naturwissenschaften, von der Untersuchung der Photostabilität der DNA bis zur Erforschung neuartiger Syntheserouten für z.B. Medikamente und der Grundlagenforschung an den fundamentalen Bausteinen der organischen Chemie und der Biochemie. Für die zeitaufgelöste Untersuchung chemischer Reaktionen gibt es zwei relevante Zeitskalen. Die Absorption eines Photons induziert eine Reorganisation der Elektronendichte innerhalb einiger hundert Attosekunden bis einiger Femtosekunden. Diese führt wiederum zur eigentlichen chemischen Reaktion, d.h. der Reorganisation der Atompositionen und dem Bruch oder der Bildung von Atombindungen, was auf einer Zeitskala zwischen einigen zehn Femtosekunden und einigen hundert Pikosekunden abläuft [1].

Wir erzeugen kurze und durchstimmbare Lichtpulse im ultravioletten Spektralbereich mit zwei frequenzverdoppelten nichtkollinearen optisch parametrischen Verstärkern [2], welche von einem regenerativen Titan Saphir Verstärker gepumpt werden. Diese werden innerhalb einer Hochvakuumkammer mit einem von einer beheizbaren Düse ausgestoßenem Molekülstrahl überlagert. Der erste Puls regt die Moleküle in einen der niedrig liegenden angeregten elektronischen Zustände an und induziert so eine chemische Reaktion. Der Zweite Puls ionisiert die Moleküle und wir messen die Energie der erzeugten Elektronen mit einem sogenannten magnetischen Flaschenspektrometer [3].

Unsere Untersuchungen von photochemischen Reaktionen organischer Moleküle ergänzen sich mit mit Experimenten in Prof. Riedles Gruppe zum Thema breitbandige transiente Absorption in flüssiger Phase und wir hoffen wichtige Erkenntnisse zur Wechselwirkung von Molekülen und Lösungsmittel während chemischer Reaktionen zu gewinnen.

[1] "Ahmed Zewail - Nobel Lecture: Femtochemistry: Atomic-Scale Dynamics of the Chemical Bond Using Ultrafast Lasers"

[2] T. Wilhelm, J. Piel, E. Riedle, "Sub-20-fs pulses tunable across the visible from a blue pumped single pass noncollinear parametric converter", Opt. Lett. 22, 1494 - 1496 (1997)

[3] A.M Rijs, E.H.G Backus, C.A De Lange, N.P.C Westwood and N.H.M Janssen, “‘Magnetic bottle’spectrometer as a versatile tool for laser photoelectron spectroscopy”, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 112, 151 - 162 (2000)