Durchbruch in der ultraschnellen Spektroskopie
© Lukas Bruder
Alle Vorgänge in der Natur werden durch fundamentale Prozesse auf atomarer und molekularer Ebene gesteuert. Diese Vorgänge laufen häufig innerhalb kürzester Zeit ab und nicht selten sind sie schneller als eine billionstel Sekunde (1 Pikosekunde = 10-12 Sekunden). Neben der Schnelligkeit basieren die atomaren und molekularen Prozesse auf einer Interaktion einer Vielzahl von Parametern, die sich unabhängig bewegen und verändern können. Die kohärente zweidimensionale (2 D) Spektroskopie hat sich als ideale Untersuchungsmethode etabliert, um diese mikroskopischen Mechanismen wie z. B. die Energieumwandlung in der Fotovoltaik oder Photosynthese zu entschlüsseln. Sie liefert einen größeren Informationsgehalt als andere Methoden, kombiniert mit extrem hoher Zeitauflösung im Femtosekundenbereich (10-15 Sekunden).
Bisher war diese Methode auf die Untersuchung von komplexen kondensierten Systemen z. B. in Flüssigkeiten beschränkt. Dem Freiburger Forschungsteam um Prof. Frank Stienkemeier und Dr. Lukas Bruder ist es nun erstmals gelungen, die 2D Spektroskopie auf spezielle isolierte Modellsysteme anzuwenden. Zur Präparation werden superfluide Heliumtröpfchen in ultrahohem Vakuum erzeugt. Die Tröpfchen haben eine Größe von nur wenigen Nanometern und dienen als Substrat, um die eigentlichen molekularen Strukturen im Baukastenprinzip zu synthetisieren und gleichzeitig mit der 2D Spektroskopiemethode zu untersuchen. „Der Schlüssel für diese Experimente war die Zusammenführung verschiedener spezialisierter Techniken, die die Messempfindlichkeit der 2D Spektroskopie drastisch verbesserte. Nur so war es uns möglich, isolierte Nanosysteme zu untersuchen“ erklärt L. Bruder.
Bruder, L., Bangert, U., Binz, M., Uhl, D., Vexiau, R., Bouloufa-Maafa, N., … Stienkemeier, F. (2018). Coherent multidimensional spectroscopy of dilute gas-phase nanosystems. Nature Communications, 9(1), 4823. https://doi.org/10.1038/s41467-018-07292-w
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Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen der internationalen DFG-geförderten Graduiertenschule „CoCo“ sowie über das ERC-Projekt „COCONIS“ gefördert. Weitere Informationen zum Forschungsprojekt finden Sie hier
16/11/2018
