Durch Expansion von Helium bei etwa 20bar und Temperaturen zwischen 6K und 12K lassen sich Tröpfchen aus He erzeugen, die zwischen 10¹³ und 10³ Atome enthalten. Durch Verdampfungskühlen herrscht im Inneren der Tröpfchen eine Temperatur von 0.37K, was eine ideale Umgebung für viele Untersuchungen darstellt, da alle Schwingungs- und die meisten Rotationsfreiheitsgrade ausgefroren sind. Durch Elektronenstoß werden elekronisch angeregte, positiv und negativ geladene He Atome und auch Elektronenblasen erzeugt. Die Wechselwirkung dieser Reaktanten mit verschiedenen Dotanten im Inneren auch auch an der Oberfläche der Heliumtröpfchen wird in erster Linie massenspektrometrisch untersucht.

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Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
E-Mail: Paul.Scheier@uibk.ac.at
Phone: +43 (0)512 507 52660

Im „ClusToF“-Experiment können Ionen mittels Laserspektroskopie untersucht werden. Dabei kommt eine neu entwickelte Methode zur effizienten Erzeugung von Komplexen aus Ionen und Heliumatomen zum Einsatz, bei der hochgeladene und dotierte Heliumtröpfchen mit einer Oberfläche kollidieren. Bei der Kollision entstehende Ionen-Helium-Komplexe können durch die Überlagerung eines Laserstrahls variabler Wellenlänge dissoziiert werden, was mit einem Flugzeitmassenspektrometer beobachtet werden kann. Das wissenschaftliche Hauptaugenmerk liegt momentan auf der Suche nach Trägern der diffusen interstellarer Banden, einer Gruppe von etwa 500 interstellaren Absorbtionslinien, von denen bis jetzt nur eine Handvoll Linien einem Träger, dem Buckminsterfullerene-Kation C₆₀⁺ zugeordnet werden konnten.Darüber hinaus untersuchen wir die Wechselwirkung zwischen Metallclustern und Treibhausgasen, um den Reaktionsmechanismus auf molekularer Ebene zu entschlüsseln und ihre katalytischen Eigenschaften sowie potenzielle Anwendungen in Umweltschutzstrategien zu beleuchten.

Botenstoff-Spektroskopie von C₆₀ Derivaten - Auf der Suche nach den Trägern der diffusen interstellaren Bänder

Bei dem im Jahr 2023 aufgebauten Experiment "Hydra" liegt der Fokus auf der Deponierung von Clustern auf Oberflächen. Auch an diesem Setup werden geladene Heliumnanotröpfchen verwendet. Durch das Dotieren der Tröpfchen mit metallischen Samples wachsen an den Ladungen im Tröpfchen Cluster heran. Diese dotierten Tröpfchen werden anschließend auf eine Oberfläche geschossen, wodurch das Helium beim Aufprall evaporiert. Der überwiegende Teil der Cluster bleibt allerdings auf der Oberfläche haften. Durch Verändern der experimentellen Parameter (Tröpfchengröße, Ladungszustand der Tröpfchen, Art des Dotanten, Dauer des Beschichtungsvorgangs) können somit Oberflächenbeschichtungen mit unterschiedlichen biologischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften erzeugt werden. Die Analyse der Samples erfolgt durch verschiedene Mikroskopiemethoden, wie AFM (Atomic Force Microscope), STM (Scanning Tunneling Microscope) oder TEM (Transmission Electron Microscope).

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Thomas Pohl, MSc.
E-Mail:  Thomas.Pohl@uibk.ac.at

Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
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Ein Multireflectron time-of-flight (MR-ToF) ist ein Massenspektrometer, das bereits seit mehreren Jahrzehnten im Einsatz ist. Wegen seiner geringen Kosten und hohen Massenauflösung ist es eine sehr beliebte Wahl, wenn eine genaue Massenbestimmung gewünscht wird. Eines von sieben MR-ToFs, die im Rahmen einer Zusammenarbeit zwischen der Universität Darmstadt und der Universität Greifswald entwickelt und gebaut wurden, ist jetzt in einem unserer Labore in Betrieb. Neben den bereits erwähnten Vorteilen besticht der MR-ToF auch durch seine Vielseitigkeit. Im Moment verwenden wir das Multireflektron nicht für Anwendungen mit hoher Massenauflösung, sondern um Helium-Nanotröpfchen (HNDs) mit Millionen von Heliumatomen darin einzufangen und zu speichern. Zukünftige Pläne für dieses Gerät umfassen die Implementierung eines Lasers, um Zugang zu zeitaufgelöster Spektroskopie von Dopanden, die in die HNDs eingebettet sind, zu erhalten (Pump-Probe-Experimente), sowie die Beobachtung von Fluoreszenz, Messungen von Reaktionskinetiken und auch Änderungen des Versuchsaufbaus, um das hohe Massenauflösungsvermögen des Geräts zu nutzen.

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Matthias Veternik, MSc.
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Univ.-Prof. Dr. Paul Scheier
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Magnetron Sputter Deposition ermöglicht die Erzeugung von metallischen Dünnschichten auf einer Vielzahl von Substraten. Das Wachstum der metallischen Filme lässt sich durch die Kombination verschiedener Sputter-Materialien, wie Titan oder Gold, und unterschiedlichen Entladungsspannungen sowie Prozessdrücken mit Argon oder auch Stickstoff, weitgehend kontrollieren und mit einer eingebauten Quarzkristall-Mikrowaage beobachten.

Im Gegensatz zu Festkörpern hängen die Eigenschaften solcher dünnen Schichten dabei nicht nur von ihrer elementaren Zusammensetzung ab, sondern werden stark durch ihre Schichtdicke und Mikrostruktur beeinflusst. Dadurch spielt die kontrollierte Produktion eine wesentliche Rolle in den Anwendungen zu gezielten Modifikationen verschiedener Oberflächen und in der Nanotechnologie. Zu den adaptierbaren Eigenschaften zählen unter anderem Veränderungen in der Oberflächenrauigkeit, in Absorption und Reflexion und in der elektrischen Leitfähigkeit. Diese können mithilfe von unserem Rasterkraftmikroskop (AFM), einem Rastertunnelmikroskop (STM), Absorptionspektroskopie und Vierpunktmessungen untersucht werden.