Isolierte Modellbausteine von Intermetallverbindungen: Ladungstransfer und Geometrie

• Applicant: Professor Dr. Jens-Uwe Grabow
• Subject Area: Physical Chemistry of Molecules, Liquids and Interfaces, Biophysical Chemistry
• Term: from 1999 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5208337

• Final Report Year: 2014

Final Report Abstract

Es gibt heute eine Vielfalt von Techniken, die dazu entwickelt wurden, Spektren aufzunehmen, welche auf Übergängen zwischen Rotationszuständen beruhen. Für die meisten Moleküle oder molekularen Systeme, wie z.B. intermetallische Cluster, treten diese Übergänge im Mikrowellenbereich auf. Während die Molekülrotationsspektren traditionell mit molekularer Strukturbestimmung in Verbindung gebracht werden, lassen sich tatsächlich – nicht zuletzt auch mit den dieses Vorhabens realisierten apparativen Fortschritten – eine große Breite von grundlegenden und angewandten Problemstellungen in der Physikalischen Chemie, Molekülphysik und benachbarten Disziplinen adressieren. In der spektralen Signatur rotierender Molekülen lässt sich aber auch nach Effekten suchen, die fundamentale Fragestellungen der Teilchenphysik beantworten könnten. Während die mm Wellen und sub-mm Wellen Regionen der hochauflösenden Mikrowellenspektroskopie auch heute noch von Frequenzdomänen-Techniken dominiert werden, ist die cm Wellen Region weitgehend von Zeitdomänen-Techniken eingenommen worden. Das in diesem Projekt maßgeblich weiterentwickelte Molekularstrahl-FTMW-Spektrometersystem in der coaxially-oriented-beam resonator-arrangement (COBRA) Konfiguration besticht durch seine hervorragende Empfindlichkeit bei gleichzeitig außerordentlichem Auflösungsvermögen sowie großer Flexibilität in der Anwendbarkeit. Die durch eine in diesem Projekt in die Molekularstrahlspektroskopie eingeführte Kombination von Gleichspannungsentladung und Laserverdampfung können aus Gasmischungen flüchtiger metallorganischer Verbindungen in Kontakt mit elementaren Metallstäben rotatorisch sehr kalte Spezies in außergewöhnlich hohen Schwingungszuständen präpariert werden. Neben spektroskopischen Konstanten, Dunham-Expansions-Parametern, Born-Oppenheimer-Korrekturen und Kern-Kern-Potentialfunktionen ermöglichen Messungen an Spezies mit kernspinbehafteten Atomen die Bestimmung hochgenauer Spin-Rotationskopplungskonstanten, magnetischer Abschirmungstensoren und auch Kernquadrupolkopplungstensoren welche Auskunft über die elektronische Nahumgebung der Kerns, d.h. seine chemische Bindungssituation geben. Überraschender Weise birgt die außergewöhnliche Präzision der COBRA FT-MW Methode das Potential für die mögliche Messung eines postulierten elektrischen Dipolmoments des Elektrons (engl.: electron electric dipole moment, e-EDM) an schweren Molekülen mit relativistischem Kern und ungepaarten Elektronen: Unsere außerordentlich genaue Charakterisierung des für die mögliche Messung eines postulierten e-EDM interessanten Bleifluorid, PbF, im 2Π1/2 Zustand wurde bereits innerhalb weniger Tage nach online-Erscheinen entsprechend gewürdigt [Aaron E. Leanhardt, „A search for electrons that do the twist“, Nature 473, 459(2011)]. Mit der Flexibilität der Methode konnten daneben Fragen über die Molekülstruktur, konformatorische Flexibilität & Präferenz, chemische Bindung, Ladungstransfer und interne Dynamik nicht nur von vielen isolierten Moleküle, sondern auch für nur schwach gebundene - aber immer noch molekülartige - Systeme aufgeklärt werden.

Publications

• “Pure rotational spectra of PbSe and PbTe: potential function, Born-Oppenheimer breakdown, field shift effect and magnetic shielding”, Phys. Chem. Chem. Phys. 10, 2078(2008)
  Barbara M. Giuliano, Luca Bizzocchi, Stephen Cooke, Deike Banser, Mareike Hess, Juliane Fritzsche, and Jens-Uwe Grabow
  
• “Rotational spectra, potential function, Born-Oppenheimer breakdown, and magnetic shielding of SiSe and SiTe”, J. Mol. Spectrosc. 251, 261(2008)
  Barbara M. Giuliano, Luca Bizzocchi, and Jens-Uwe Grabow
  
• “Fourier Transform Microwave Spectroscopy: Measurement & Instrumentation” in Martin Quack, Frédéric Merkt, eds., Handbook of High-Resolution Spectroscopy, John Wiley & Sons, Chichester, 2011, pp. 723, ISBN: 978-0-470-06653-9
  Jens-Uwe Grabow
  
• “Precise Characterization of the Ground X1 State of 204Pb19F, 206Pb19F, 207Pb19F, and 208 Pb19F” , Phys. Rev. A 84, 022508(2011)
  Richard Mawhorter, Benjamin Murphy, Alexander Baum, Trevor J. Sears, T. Zh.Yang, P.M Rupasinghe, Chris P. McRaven, Neil E. Shafer-Ray, Lukas D. Alphei, and Jens-Uwe Grabow
  
• “Precision spectroscopy of the 207Pb19F molecule: Implications for measurement of P-odd and T-odd effects”, Phys. Rev. A 83, 040501R(2011)
  Lukas D. Alphei, Jens-Uwe Grabow, Aleksandr N. Petrov, Richard Mawhorter, Benjamin Murphy, Alexander Baum, Trevor J. Sears, T. Zh.Yang, P.M Rupasinghe, Chris P. McRaven, and Neil E. Shafer-Ray
  
• “The rotational spectra, potential function, Born–Oppenheimer breakdown, and hyperfine structure of GeSe and GeTe”, J. Chem. Phys. 135, 084303(2011)
  Barbara M. Giuliano, Luca Bizzocchi, Raquel Sanchez, Pablo Villanueva, Vanessa Cortijo, M. Eugenia Sanz, and Jens-Uwe Grabow
  
• “Microwave Observation of 41K79Br and 41K81Br from Laser-Ablated Potassium Bromide”, J. Mol. Spectrosc. 271, 20(2012)
  Brooke A. Timp, Jamie L. Doran, Shyam Iyer, Jens-Uwe Grabow, and Kenneth R. Leopold
  
• “Ribose Found in the Gas Phase”, Angew. Chem. 124, 3173(2012), Angew. Chem. Int. Ed. 51, 3119(2012)
  Emilio J. Cocinero, Alberto Lesarri, Patricia Écija, Francisco Basterretxea, Jens-Uwe Grabow, José A. Fernández, and Fernando Castaño
  
• Structure of the Benzene Dimer – Ruled by Dynamics”, Angw. Chem. 125, 5288(2013), Angew. Chem. Int. Ed. 52, 5180(2013)
  Melanie Schnell, Undine Erlekam, Philip R. Bunker, Gerd von Helden, Jens-Uwe Grabow, Gerard Meijer, Ad van der Avoird
  
• “The hyperfine interaction in the odd isotope of ytterbium fluoride“, J. Mol. Spectrosc. (2014)
  Zachary Glassman, Richard J Mawhorter, Jens-Uwe Grabow, Anh Le, Timothy C. Steimle