Methodenentwicklung am HZB

Ionische Flüssigkeiten vereinfachen Laserexperimente mit flüssigen Proben

Ein HZB-Team hat eine neue Methode entwickelt, um Moleküle in Lösung mit Laserexperimenten analysieren zu können. Dies war bisher schwierig, weil sich dafür die Probe im Vakuum befinden muss, Flüssigkeiten unter Vakuum aber verdampfen.&nbsp Dem Team ist es nun gelungen, das Lösungsmittel durch eine ionische Flüssigkeit zu ersetzen, die im Vakuum nicht verdampft: So können die&nbsp Moleküle mit einem Laserpuls angeregt werden, und das Verhalten der angeregten Zustände im Vakuum gemessen werden. Dies gibt Aufschluss über physikalische und chemische Prozesse in neuartigen flüssigen Energie-Materialien, wie sie etwa in organischen Solarzellen oder Katalysatoren zum Einsatz kommen.

HZB: Ein Laserpuls versetzt die gelösten Moleküle in einen angeregten elektronischen Zustand. Dann kann die Bindungsenergie der angeregten Elektronen gemessen werden. Solche Laserexperimente sind nur im Ultrahochvakuum möglich.

Nicht nur in der Natur finden zahlreiche Prozesse in Lösung statt, sondern auch in der Technik: Zum Beispiel bestehen organische Solarzellen aus gelösten Farbstoffmolekülen, und auch eine neue Klasse von Katalysatormaterialien besteht aus Nanopartikeln in gelöster Form. Um zu verstehen, welche Prozesse Licht in diesen Materialsystemen auslöst, eignet sich die Methode der zeitaufgelösten Photoelektronen-Spektroskopie (PES): Ein genau abgestimmter Anregungs-Laserpuls versetzt die Probe in einen angeregten elektronischen Zustand, worauf sogenannte Abfrage-Laserpulse in kurzen Zeitabständen die Bindungsenergie der angeregten Elektronen abtasten. Daraus lässt sich rekonstruieren, wie die angeregten Elektronen in den Grundzustand zurückfallen. Dies erlaubt Rückschlüsse auf die physikalischen, chemischen und biologischen Prozesse, die in diesen Materialien möglich sind. Allerdings sind solche Anregungs-Abfrage-Laserexperimente (Pump-Probe) nur im Ultrahochvakuum möglich. Für feste Proben ist die Methode gut etabliert, für flüssige Proben jedoch nicht. Flüssigkeiten verdampfen im Vakuum sofort. Sie&nbsp konnten deshalb bislang nur mit aufwändigen Techniken wie dem Liquid-Micro Jet untersucht werden.

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