Evaluation molekularer Targets für eine zeitauflösende Elektronenspektroskopie

Abstract

Das Verständnis und die Steuerung von intramolekularen Ladungstransfers sind von großem wissenschaftlichen Interesse, da diese Ladungsumverteilungen den ersten Schritt in einer Vielzahl biochemischer Prozesse darstellen. In vielen biologisch relevanten Systemen findet der initiale Transfer an einem spezifischen Reaktionszentrum innerhalb des Moleküls statt. In dieser Arbeit sind daher molekulare Systeme, die ein im Molekül einzigartiges Atom enthalten, welches ein solches Reaktionszentrum simulieren kann, von besonderem Interesse. Für ihre Untersuchung wurde ein experimenteller Aufbau für Femtosekunden-ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis, Englisch für Elektronenspektroskopie zur chemischen Analyse) an Molekülen in der Gasphase entworfen und realisiert. Basierend auf einem UV/vis/NIR-Anrege/XUV-Abfrage-Konzept können vielfältige intramolekulare Ladungstransferdynamiken initiiert werden. Die Funktionalität des Pump-Probe-Schemas wurde in der zeitaufgelösten Vermessung der 800 nm-Seitenbänder der 2p- und 2s-Photolinien in Neon überprüft und nachgewiesen. Unter Verwendung eines speziell für die hohen Anforderungen durch niedrige Dampfdrücke, hohe Kristallisationstendenz und hohe Hitzeempfindlichkeit bestimmter Moleküle einerseits, sowie den Einsatz an einer Strahlungsquelle mit niedriger Flussdichte andererseits, ausgelegten Molekularstrahlofens, wurden XUV-Spektren verschiedener Moleküle mit Metall- oder Halogenzentrum gemessen. In Vorbereitung zukünftiger zeitaufgelöster Messungen an molekularen Probensystemen wurden sie in Hinblick auf ihre Eignung für Gasphasen-Experimente an einer XUV-Quelle mit niedriger Flussdichte sowie für Experimente im 267 nm-Pump/XUV-Probe-Schema untersucht. In der Auswertung wurde ein besonderes Augenmerk auf den unter Berücksichtigung der tatsächlichen experimentellen Parameter zu erwartenden Effekt gelegt.

Comprehension and control of intramolecular charge transfers are of great scientific interest as these charge reallocations constitute the first step of most biochemical processes. In many biologically relevant systems, the initial transfer takes place at a specific reaction center within the molecule. Of particular interest in this work are therefore molecular systems that feature an atom which is distinct and can thus simulate such a reaction center. For their investigation, an apparatus for femtosecond ESCA (electron spectroscopy for chemical analysis) of molecules in the gas-phase was designed and realized. Based on an UV/vis/NIR pump/XUV probe scheme, it enables the excitation of a large variety of intramolecular charge transfers. The functionality of the pump-probe setup was ensured by time-resolved measurements of the 800 nm sidebands in the 2p and 2s photolines of neon. Using a molecular-beam oven custom-designed to account for the special requirements of low vapor pressures and crystallization tendencies in combination with heat sensitivity in certain target systems, and its application at a low-flux source, the XUV spectra of various molecules containing metal or halide centers were taken. In preparation for future time-resolved measurements on molecular systems, they were investigated with respect to their suitability for gas-phase measurements at low-flux high-harmonic XUV sources and measurements in the UV-pump/XUV-probe scheme. In the evaluation, a special focus was laid on determining the effect which can theoretically be expected based on actual experimental parameters.