Femtosekunden-Spektroskopie an kalten Metallclustern

Abstract

Die fs-Pump&Probe-Spektroskopie; von Molekülen in der Gasphase ermöglicht die Beobachtung chemischer Reaktionen in Echtzeit. Dadurch erhält man Informationen über die Vibrationsenergieumverteilung im Molekül (IVR) und den Übergangszustand der Reaktion. Das hier verwandte "NeNePo"-Pump&Probe- Schema; erlaubt die Anregung (durch Photodetachment des Anions) und Untersuchung (durch Ionisation des Neutralteilchens) eines Vibrationswellenpakets im elektronischen Grundzustand eines neutralen Moleküls. . Durch Variation der Laserwellenlänge können wahlweise nichtresonante und resonante Zweiphotonenionisation als Probeschritt verwendet werden. Die resonante Ionisation führt zu einer höheren Empfindlichkeit bezüglich der Wellenpaketdynamik. In dieser Arbeit wurden so die Modellsysteme Silber-Trimer, -Tetramer und -Pentamer experimentell untersucht und verschiedene IVR-Situationen beschrieben. Einer schnellen IVR beim Trimer stand eine langsame IVR beim Tetramer gegenüber. Die kohärente Kontrolle der Fragmentationsreaktion des Trimers konnte ebenfalls demonstriert werden. Wesentliche Neuerung war der Aufbau einer kühlbaren Oktopol-Ionenfalle zur Erzeugung eines Anionenensembles definierter Temperatur (20 K - 350 K). Eine starke Temperaturabhängigkeit der Wellenpaketdynamik wurde nachgewiesen. Tiefe Temperaturen des Ausgangsensembles erlauben die Erzeugung "lokalisierterer" Wellenpakete und führen zu einer erhöhten Auflösung der Pump&Probe- Spektren;.

Fs-pump&probe; spectroscopy of molecules in the gas phase opens the possibility to observe chemical reactions in real time. This provides information about the intramolecular vibrational energy redistribution (IVR) and the transition state of the reaction. The employed "NeNePo"-pump&probe; scheme allows the excitation (by photodetachment of the corresponding anion) and detection (by ionization of the neutral) of a vibrational wavepacket in the electronic ground state of a neutral molecule. Variation of the laser wavelength makes it possible to use nonresonant or resonant two photon ionization as probe step. Resonant ionization leads to an increased sensitivity for the wavepacket dynamics. In this work the model systems silver trimer, tetramer and pentamer are studied and different IVR situations described. Opposite to fast IVR in the trimer case the tetramer exhibits only slow IVR. Also coherent control of the fragmentation reaction of the trimer was demonstrated. A key point was the development of a coolable octopole ion trap, which generates an ensemble of anions at a defined temperature (20 K - 350 K). A strong temperature dependence of the wavepacket dynamics was found. Low temperatures of the anion ensemble permit the generation of more "localized" wavepackets and increase the resolution of the pump&probe; spectra.