Forschungsprojekte

Cluster-Oberflächen-Dynamik

Im Stoß neutraler Molekülcluster mit Oberflächen kommt es zur Umverteilung der kinetischen Energie des Clusters, die u. a. zur Desorption von Adsorbaten führen kann. Der Desorptionsprozess läuft dabei über einen Lösungsprozess im Cluster ab, eventuelle Ladungstrennung im Cluster und Fragmentierung des Clusters im und nach dem Stoß führen dann, ohne zusätzliche Nachionisation, zu geladenen Desorptionsprodukten, die mittels Massenspektrometrie nachgewiesen werden können. Es handelt sich bei der clusterinduzierten Desorption (Desorption/Ionisation induced by neutral Clusters, DINeC) damit auch um eine sehr sanfte Desorptionsmethode mit den entsprechenden Anwendungsmöglichkeiten in der Bioanalytik. Die Methode und das experimentelle Vorgehen sind in dem folgenden Videoartikel zusammengefasst:

Für die sanfte Desorption der Biomoleküle mittels Cluster-Oberflächen-Stoß spielen insbesondere der Lösungsvorgang und die schnelle Umverteilung der Stoßenergie im Cluster eine wichtige Rolle. So können in den Massenspektren je nach experimentellen Bedingungen auch noch die "Überreste" des SO₂-Clusters, in dem das Molekül gelöst wurde, in Form von SO₂-Addukten beobachtet werden.

Unsere Experimente konzentrieren sich u.a. auf die Untersuchungen zur Clusterdesorption von Biomolekülen als Desorptions/Ionisierungsmethode für die Massenspektrometrie, dabei interessieren uns zum einen grundlegende Fragestellungen wie der Desorptions- und Ionisationsmechanismus oder der Einfluss der Substrat-Adsorbat-Wechselwirkung auf den Desorptionsprozess. Zum anderen arbeiten wir an der Implementierung der DINeC-Quelle als Ionenquelle für Standardmassenspektrometer und ihrer Anwendung in der Biotechnologie.

Reaktionsdynamik auf Halbleiteroberflächen

Oberflächenreaktionen auf Halbleiteroberflächen sind durch die stark lokalisierte elektronische Verteilung auf der Oberfläche charakterisiert. In früheren Arbeiten haben wir uns eingehend mit der Reaktionsdynamik von Wasserstoff auf Silizium beschäftigt; für dieses System konnten wir zeigen, dass sich die Reaktivität von H₂ auf Si durch Änderung der lokalen elektronischen Eigenschaften über Größenordnungen hinweg variieren lässt

In neueren Arbeiten haben wir insbesondere die Adsorptionsdynamik von organischen Molekülen wie Ethen, Tetrahydrofuran oder Cyclooctin auf Siliziumoberflächen untersucht. Trotz der grundsätzlich hohen Reaktivität dieser Moleküle auf Halbleiteroberflächen konnten wir, abhängig von der reaktiven, funktionellen Gruppe der einzelnen Moleküle, nachweisen, dass die Reaktivität und insbesondere die Reaktionsdynamik auch dieser sehr empfindlich auf die lokale elektronische Struktur der Oberfläche ist. Durch kontrollierte Modifizierung der Oberfläche, wie z.B. durch Voradsorption von Wasserstoff, kann somit die Reaktivität des Systems gesteuert werden.

Ein Teilgebiet dieser Arbeiten ist die Untersuchung von Desorptions- und Diffusionsphänomenen bei sehr hohen Temperaturen. Um diese Prozesse mit atomarer Auflösung beobachten zu können, haben wir eine Methode entwickelt, die Laser-induziertes Heizen und Rastetunnelmikroskopie verknüpft (Laser+STM). Damit ist es uns möglich Prozesse mit Raten von bis zu 10⁹ 1/s bei Probentemperaturen von ca. 1400 K direkt mit dem STM atomar aufgelöst zu untersuchen.