Gasphasenspektroskopie mehrfach geladener Anionen im Grundzustand

• Antragsteller: Dr. Sebastian George
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 392290622

Mehrfach geladene Anionen sind bekannte Bausteine kondensierter Materie. Ihre Existenz in Festkörpern und Lösungen ist seit Jahrzenten gesichert. Trotzdem sind ihre grundlegenden Eigenschaften weitgehend unbekannt. Denn in Isolation, abseits stabilisierend wirkender Gegenionen oder Liganden, sind sie in der Regel hochinstabil gegenüber Elektronenverlust oder Fragmentation. Dadurch wurde eine präzise spektroskopische Untersuchung in der Gasphase bisher weitestgehend verhindert. Ein experimenteller Zugang zu diesen hochreaktiven Molekülsystemen erfordert zum einen ein Ultrahochvakuum. Zum anderen ist eine möglichst niedrige Schwarzkörperstrahlung eines kryogenen Experimentaufbaus unabdingbare Voraussetzung, um Elektronenablösung durch Hintergrundstrahlung zu unterdrücken. In meinen bisherigen Arbeiten und vorläufigen Studien an der kryogenen Falle für schnelle Ionenstrahlen (CTF) und dem kryogenen Speicherring (CSR), beide installiert am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg, habe ich die Vielseitigkeit elektrostatischer Speicherung bei kryogenen Umgebungstemperaturen demonstriert und nahezu untergrundfreie, spektroskopische Experimente an einfach geladenen Anionen durchgeführt. Unter anderem habe ich unter Zuhilfenahme des Prozesses der laserinduzierten, verzögerten Elektronenablösung eine Methode zur zeitaufgelösten Bestimmung der inneren Energie komplexer Moleküle entwickelt, die neue Einblicke in die Dynamik dieser Systeme gewährt. Mit der Entwicklung dieser neuen, kryogenen Speicherringgeneration sind mittlerweile neuartige Experimente möglich. Aber nun limitiert die ineffiziente Produktion der schwach-gebundenen, mehrfach geladenen anionischen Moleküle und Cluster ein breit angelegtes Experimentierprogramm. Daher werde ich an der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald eine kryogene 3-Zustandsfalle zur Produktion und Kühlung mehrfach geladener Molekül- und Clusteranionien entwickeln. Dieses Experiment werde ich zuerst nutzen, kleinste, extrem schwach gebundene, mehrfach geladene Anionen zu produzieren und ihre Stabilität gegen Elektronenverlust untersuchen. In einem zweiten Schritt werde ich die 3-Zustandsfalle als Ionenquelle am kryogenen Speicherring CSR einsetzen. Dort werde ich die Falle nutzen, um mehrfach geladene Anionen in ausreichender Anzahl für Experimente im CSR zu produzieren, sammeln und kühlen. Vorgesehen habe ich Experimente zur Lebensdauerbestimmung metastabiler Systeme sowie Studien zur Wechselwirkung der Anionen mit Elektronen und Photonen. Diese werden mir neben Bindungsenergien auch Erkenntnisse zur Stabilität der Systeme und Elektronenkorrelationseffekte liefern. Ein erstes Schlüsselexperiment wird die Bestimmung der Lebensdauer des metastabilen Fulleren C602- sein. Insgesamt werden die Experimente zu einem tieferen Verständnis mehrfach geladener Anionen beitragen. Eine kryogene 3-Zustandsfalle als Ionenquelle wird neue Studien an einer Vielzahl von Experimenten weltweit ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen