Infrarot-Matrix-Isolationsspektroskopie an SiC- und SiC:N-Nanopartikeln

Die Zielsetzung dieser Arbeit ist, das Verständnis des optischen Verhaltens astrophysikalisch relevanter Materialien zu verbessern und erstmals ein "Analogmaterial" zu untersuchen, das direkt mit den in zirkumstellaren Staubhüllen vorkommenden, isolierten Nanopartikeln verglichen werden kann. Siliciumcarbid (SiC), stickstoffdotiertes Siliciumcarbid (SiC:N) und Siliciumnitrid (Si₃N₄) wurden mittels laserinduzierter Gasphasenpyrolyse (LI-CVD) in Form von Nanopartikeln hergestellt und ihre Festkörperstruktur mittels elektronenmikroskopischen und spektroskopischen Methoden analysiert. Durch die angewendete in-situ IR-Spektroskopie wird es, im Zusammenspiel mit der Matrixisolationstechnik, möglich die Einflüsse des Agglomerationsgrades, der Plasmonenabsorption freier Ladungsträger, des umgebenden Mediums und des Polytypen auf das optische Verhalten von " isolierten" Nanoteilchen zu untersuchen und an Hand der Stärke ihres Einflusses auf die IR-Phonenabsorption zu ordnen. Der Vergleich der Spektren von "isolierten" ß-SiC-Nanopartikeln mit ISO-Beobachtungsdaten kohlenstoffreicher Sterne ergab, unter Berücksichtigung des Matrixeffektes, eine sehr gute Übereinstimmung des Bandenprofils und der Lage des Bandenmaximums mit den Emissions- bzw. Absorptionsprofilen der dem SiC zugeordneten 11+µm-Bande in den ISO-Beobachtungen. Die erstmals freien Ladungsträgern zugewiesene Plasmonenabsorption von SiC:N-Nanoteilchen könnte die Energiebilanz astrophysikalischer Systeme beeinflussen und sollte in Modellen berücksichtigt werden. Es wurde der erste spektroskopische Hinweis für Si₃N₄-Teilchen in den Spektren zweier extremer Kohlenstoffsterne, IRAS 21318+5631 und AFGL 2477, gefunden.