Grundlegende Elektron-Molekül-Wechselwirkungen

Bei Elektronenenergien unterhalb der Ionisationsgrenze führt die kurzzeitige Anlagerung von Elektronen an Moleküle sehr effizient zu deren Fragmentierung. Diese sogenannten resonanten Prozesse treten in engen Energiebereichen auf. Ein Konkurrenzprozess ist die Ablösung des Elektrons, wobei das Molekül oft in spezifischen angeregten Schwingungszuständen zurückbleibt. Dies ist anhand einer Verstärkung bestimmter Signale in hochaufgelösten Elektronen-Energieverlust- (HREEL-) Spektren zu beobachten, die durch Energieanalyse der inelastisch an einer Probe gestreuten Elektronen erhalten werden. Die Interpretation dieser Daten wird allerdings erschwert durch ebenfalls von der Energie der Elektronen abhängende Beugungsphänomene. Die Analyse der Intensität in HREEL-Spektren von festem SF₆ zeigt sehr schön das Wechselspiel zwischen resonanten Prozessen und nichresonanter Elektronenstreuung. Die resonante Verstärkung von Schwingung ν₁ in bestimmten Energiebereichen führt gleichzeitig zu einem Einbruch der Intensität der durch langreichweitige Wechselwirkung angeregten Schwingung ν₃ sowie der elastisch gestreuten Elektronen.

Weitere Informationen:
Competition of different scattering channels in electron impact vibrational excitation of thin solid films of sulfur hexafluoride;
B.Göötz, E.Burean, P.Swiderek, Surf.Sci. 598, 104 (2005).

HREEL-Spektren von festen Proben können eine erstaunliche Verbreiterung der Signale aufweisen. Beispielsweise zeigen manche der Schwingungsbanden von Methan eine Breite, die die instrumentelle Auflösung (farbige Kurven) weit übersteigt. Obwohl die Spektren bei einer Temperatur von nur 20 K aufgenommen wurden, ist diese Verbreiterung genauso groß wie in der Gasphase, wo zusätzliche Rotationsanregungen auftreten. Die unerwartete Verbreiterung in kondensierter Phase wird dadurch erklärt, dass Elektronen in der festen Phase nicht nur einmal, sondern mehrfach inelastisch mit Molekülen wechselwirken, was zu einer „Verschmierung“ der Intensität in den Spektren führt.

Weitere Informationen:
Understanding HREEL spectra: The unusual broadening in vibrational spectra of methane;
P.Swiderek, E.Burean, J.C.P. 127, 214506 (2007).

Überblick | nächster Schwerpunkt >>