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Katharina Kreidi

• In der vorliegenden Arbeit wurde die 1s Photoionisation von Neondimeren mit einer Photonenenergie von 10 eV über der 1s Schwelle von Neon durchgeführt. Das Ziel dieser Messung war die Beantwortung der seit vielen Jahren diskutierten Frage nach der Lokalisierung oder Delokalisierung von Vakanzen in homonuklearen diatomaren Systemen am Beispiel des Neondimers. Können die Vakanzen also einem Atom des Dimers zugeordnet werden oder sind sie über beide Atome verteilt? Bezüglich dieser Frage wurden sowohl die in der Photoionisation direkt entstandenen 1s Vakanzen als auch die aus der Relaxation durch einen interatomic Coulombic decay (ICD) resultierenden Vakanzen in der Valenzschale des Neondimers untersucht. Als Observable dienten dabei die Elektronen-Winkelverteilungen im dimerfesten Koordinatensystem, wobei eine bezüglich der ‘rechten’ und der ‘linken’ Seite des homonuklearen diatomaren Moleküls auftretende Asymmetrie in der Winkelverteilung eindeutig eine Lokalisierung der Vakanz indiziert. Dies lässt sich damit begründen, dass die Elektronenwellen im Fall einer delokalisierten Vakanz durch die symmetrisierten Wellenfunktionen beschrieben werden, welche sich aus der kohärenten Überlagerung der lokalisierten Wellenfunktionen ergeben. Die resultierende Winkelverteilung der Elektronen um die Dimerachse ist somit symmetrisch. Im Fall einer lokalisierten Vakanz wird die Elektronenwelle dagegen durch die ‘rechts’ oder ‘links’ lokalisierten Wellenfunktionen, welche aus der kohärenten Überlagerung der symmetrisierten Wellenfunktionen gebildet werden, beschrieben, so dass abhängig von der Elektronenwellenlänge Asymmetrien in der Elektronen-Winkelverteilung auftreten können. Die Möglichkeit, eine eventuelle Asymmetrie in der Winkelverteilung um die Dimerachse zu beobachten ist allerdings nur dann gegeben, wenn die beiden Seiten des Dimers im Anschluss an die Reaktion unterscheidbar sind, d.h. der Ursprung des emittierten Elektrons feststellbar ist, da sich sonst der Fall einer ‘links’ lokalisierten Vakanz mit dem Fall einer ‘rechts’ lokalisierten Vakanz kohärent überlagert. Die Unterscheidung konnte in der vorliegenden Messung anhand der aus einigen Relaxationen hervorgehenden unterschiedlichen Ladungen der ionischen Fragmente des Neondimers durchgeführt werden. Insgesamt wurden im Anschluss an die 1s Photoionisation von Ne2 mit einer Rate von 3:1 der symmetrische Ladungsaufbruch Ne1+ + Ne1+ und der für die Untersuchung der Winkelverteilungen relevante asymmetrische Ladungsaufbruch Ne2+ + Ne1+ des Neondimers beobachtet. Alle in diesen beiden Ladungsaufbrüchen resultierenden intra- und interatomaren Relaxationsprozesse sowie ihre Raten wurden im Rahmen dieser Arbeit identifiziert und analysiert. Der dominante Zerfallskanal des symmetrischen Ladungsaufbruchs resultierte dabei aus dem im Anschluss an einen KL2,3L2,3 stattfindenden Radiative Charge Transfer, bei welchem unter Aussendung eines Photons ein Ladungsaustausch zwischen den Neonionen des Dimers stattfindet. Der dominante Zerfallskanal des asymmetrischen Ladungsaufbruchs wurde durch den im Anschluss an einen KL1L2,3 stattfindenden ICD bestimmt. Bei diesem in Clustern auftretenden Relaxationsprozess wird die Innerschalenvakanz aus Atom 1 durch ein Valenzelektron aus Atom 1 aufgefüllt. Sobald die Relaxationsenergie dabei nicht ausreicht, um, wie beim Augerzerfall, ein weiteres Valenzelektron aus Atom 1 zu ionisieren, wird die Energie mittels eines virtuellen Photons zum neutralen Nachbaratom des Dimers transferiert, und aus diesem wird ein Elektron, das ICD-Elektron, emittiert. Zur experimentellen Untersuchung der verschiedenen Zerfälle wurde die COLTRIMS (COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy)-Technik verwendet. Bei dieser Impulsspektroskopie werden die Fragmente mit einer Raumwinkelakzeptanz von 4pi mit Hilfe eines elektrischen und eines magnetischen Feldes auf die ortsauflösenden Detektoren geführt, und ihre Flugzeiten und Auftrefforte werden gemessen. Die COLTRIMS-Technik zeichnet sich dabei dadurch aus, dass eine koinzidente Messung der Elektronen und Ionen möglich ist, wodurch die Fragmente eines Reaktionsereignisses einander zugeordnet werden können. Innerhalb der Reaktionsereignisse fragmentierte das Neondimer im Anschluss an die Relaxation in beiden Ladungsaufbrüchen Ne1+ + Ne1+ und Ne2+ + Ne1+ unter 180° in einer Coulombexplosion. Somit spiegelten die Richtungen der Relativimpulse der Ionen im Rahmen der ‘Axial-Recoil-Approximation’ die Position der Dimerachse zum Zeitpunkt der Reaktion wider, und aus den Impulsen der Elektronen konnten die Emissionsrichtungen der Elektronen bezüglich der Dimerachse abgeleitet werden. In dieser Arbeit wurde mit der beschriebenen Messtechnik eine deutliche Asymmetrie in der Winkelverteilung der 1s Photoelektronen sowie der 2p ICD-Elektronen um die Dimerachse beobachtet. Die gemessene Winkelverteilung der 1s Photoelektronen wies dabei eine qualitativ sehr gute Übereinstimmung mit einer innerhalb einer Hartree-Fock-Rechnung erhaltenen Winkelverteilung für eine vollständig lokalisierte 1s Vakanz im Neondimer auf. Für die Winkelverteilungen der ICD-Elektronen existieren bis heute noch keine theoretischen Vorhersagen. Mit den Ergebnissen der vorliegenden Arbeit konnte somit gezeigt werden, dass entgegen den heute gängigen Theorien zur Beschreibung des Neondimers sowohl die Vakanzen der innersten Schale als auch die Vakanzen der Valenzschale des Neondimers als lokalisiert beschrieben werden müssen.
• The 1s Photoionisation of neon dimers with a photn energy of 10 eV above the 1s threshold of Neon is investigated in this work. The goal was to answer the following question: Are vacancies in homonuclear diatomic molecules localized at one of the atoms or delocalized over the two equivalent sites? This highly controversial question has been discussed in the literature for more than 35 years now. To answer this question the 1s vacancies resulting out of the photoionization as well as the valence shell vacancies resulting out of an Interatomic Coulombic Decay (ICD) are investigated. As an observable we used the electron angular distribution in the molecular system whereas a right/left' asymmetry in this angular distribution indicates definitely the localization of the vacancy. The reason for this is that for a delocalized vacancy the emitted electron wave is described by a symmetric wave function which is build by a superposition of the right' and the left' localized wave function. With this the resulting angular distribution around the dimer axis is symmetric. In the case of a localized vacancy the electron wave is described by a localized wave function which is build by the superposition of the symmetric wavefunctions. Hence depending on the electron wavelenght asymmetries can appear in the electron angular distribution. However it is only possible to recognize an asymmetry in the angular distribution if both sides of the dimer are distinguishable at the end of the reaction and with this the origin of the emitted electrons can be determined. This differentiation was done in this measurement by the different charges of both ionic fragments of the neon dimer. All in all with a rate of 3:1 the 1s photoionisation of Ne2 results in two differenet charge breakups of the dimer, the symmetric one Ne1+ + Ne1+ and the asymmetric one Ne2+ + Ne1+. Every intra- and interatomic decay mechanism resulting in one of these charge breakups is identified in this work. The dominant decay channel of the symmetric charge breakup results out of a radiative charge transfer (RCT) following a KL2,3L2,3-Auger decay. In the RCT a charge transfer between both neon ions happens by emitting a photon. The dominant decay mechanism of the asmmetric charge breakup is the ICD which follows a KL1L2,3-Auger decay. In this process which happens in clusters, the inner valence shell of atom 1 is filled up by an electron of the valence shell from atom 1. When the relaxation energy is not enough to emit another electron from the same atom the energy is transfered by a virtual photon to the neutral neighbour atom of the dimer. Then out of this atom the ICD electron will be emitted. For the experimental measurement of these decays the COLTRIMS (COLd Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy)-technique is used. With this momentum spectroscopy the time of flight and the position of the ionic and the electronic fragments are measured with a solid angle of 4pi by using a certain electric and magnetic field. With the COLTRIMS-technique a coincident measurement of the ions and the electrons is possible so that particles from one reaction can be assigned to each other. In the reaction the dimer fragments under 180° in a Coulomb-explosion into the two different charge breakups. Because of the fast reaction the relative momentum between both ions indicates the position of the dimer axis within the limits of the Axial recoil Approximation'. From the electron momentum the emission direction of the electron can be deduced, so that by the measurement of the momenta of the elctron and both ions the electron angular distribution in the molecular frame can be investigated. In this work a clear asymmetry in the angular distribution of the 1s photoelectrons as well as of the 2p ICD electrons can be seen. The measured angular distribution of the 1s photoelectrons shows a qualitative good agreement with the result of a Frozen Core Hartree-Fock calculation. Until now there is no theoretical prediction for the angular distribution of the ICD electron. In opposition to todays theories the results of this experimental work show that the vacancies in the inner shell as well as the vacancies in the valence shell of the neon dimer should be described as localized.