Erste direkte Messung des strahlenden Ladungstransfers in Clustern

Der strahlende Ladungstransfer (RCT für „radiative charge transfer“) ist ein Ladungs-Umverteilungsmechanismus in dichter Materie. Wenn zuvor ein doppelt geladenes Atom erzeugt wurde, ist es energetisch günstiger, dass ein Elektron eines Nachbaratoms die Ladung teilweise ausgleicht, was zu zwei einfach geladenen Ionen führt. Die bei diesem Prozess frei werdende Energie wird in Form eines Photons abgestrahlt.

Die Abbildung zeigt ein Schema aus Potentialkurven für Neon Dimere und illustriert die Schritte des beschriebenen RCT Prozesses.
Schrittweises Schema des untersuchten Prozesses.

Der RCT ist ein fundamentaler Folgeprozess der Bestrahlung von Materie mit hochenergetischer ionisierender Strahlung. Sein Auftreten wurde bereits durch „fehlende“ Energie bei Experimenten mit der Spektroskopie geladener Teilchen abgeleitet. Nun gelang der AG Ehresmann erstmals eine direkte Beobachtung des Prozesses durch Messung der emittierten Photonen. Dazu wurden Neoncluster erzeugt und mit Synchrotronstrahlung Innerschalen-ionisiert. 

Darstellung der Messdaten und einer theoretischen Vorhersage. Ein Vergleich des experimentellen Spektrums mit Simulationen zeigt gute Übereinstimmung mit einem bestimmten RCT-Anfangszustand.
Ein Vergleich des experimentellen Spektrums mit Simulationen zeigt gute Übereinstimmung mit einem bestimmten RCT-Anfangszustand.

Durch einen folgenden lokalen Auger Zerfall entstehen doppelt geladene Neon-Ionen im Cluster. Beim nun folgenden RCT wird durch Ladungs-Umverteilung Energie frei, die Photonen im Vakuum-ultravioletten Spektralbereich entspricht. Um die Photonen eindeutig dem RCT zuzuordnen, wurden die experimentellen Emissionsspektren mit Simulationen von Kooperationspartnern vom Fachgebiet Theoretische Chemie der Uni Heidelberg verglichen und zeigten eine gute Übereinstimmung. Dadurch konnten auch weitere Schlüsse über die Struktur ionisierter Cluster und die Art der RCT-Anfangszustände gezogen werden.


A. Hans et al. New Journal of Physics (2018)
DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/aaa4af

Andreas Hans @ AGE – Spektroskopie