Document

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3.1
Willig/Burfeindt
B5
Allgemeine Angaben zum Teilprojekt B5
3.1.1 Thema:
Photo-Reaktionen
oxidischen Halbleitern
3.1.2 Fachgebiet und
Arbeitsrichtung:
Analyse und Kontrolle ultraschneller
großer organischer Moleküle auf
Physikalische Chemie
Dynamik von Grenzflächenreaktionen, zeitaufgelöste
Spektroskopie
.
3.1.3 Leiter:
geb.
Telefon:
FAX:
E-Mail:
geb.
Telefon:
Telefon:
FAX:
E-Mail:
Dienstanschrift:
Prof. Dr. Frank Willig
7.11.1940
030 /8062-2200
030 /8062-2434
[email protected]
Dr. Bernd Burfeindt
4 .2. 1967
030 /8413 5504 (FHI)
030 /8062 2268 (HMI)
030 /8062-2434
[email protected]
Hahn-Meitner-Institut
Abt. Dynamik von Grenzflächenreaktionen
Glienicker Str. 100
14109 Berlin
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B5
3.1.4 Das Projekt wird derzeit an keiner anderen Stelle von der DFG gefördert
3.1.5 Im Teilprojekt sind
keine Untersuchungen am Menschen,
keine klinischen Studien im Bereich der somatischen Zell- oder Gentherapie,
keine Tierversuche und
keine gentechnologischen Untersuchungen vorgesehen.
3.1.6 Beantragte Förderung des Teilprojektes im Rahmen des Sonderforschungsbereichs
(Beträge in DM 1.000).
Haushaltsjahr
Personalkosten
1998 (2. Halbjahr)
22.8
1999
45.6
2000
45.6
2001 (1. Halbjahr)
22.8
Summe
136.8
Sächliche
Verwaltungsausgaben
---
Investitionen
---
gesamt
136.8
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3.2
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Willig/Burfeindt
B5
Zusammenfassung
In diesem Teilprojekt sollen schwingungskontrollierte Photoreaktionen wie Photodissoziation,
Photodesorption (UP I) sowie Elektroneninjektion (UP II) großer organischer Moleküle auf
oxidischen Halbleitern unter Einsatz von fs-Laserpulsen durchgeführt werden. Das wird durch
Übergänge zwischen gegeneinander verschobenen Potentialkurven von unterschiedlichen
Anregungs- und Ladungszuständen des Moleküls an der Oberfläche des Halbleiters erreicht.
Die Ausbeute der photo-induzierten Reaktion wird kontrollierbar gemacht durch die
Erzeugung eines Schwingungs-Wellenpakets im adsorbierten Molekül. Die zunächst in einer
spezifischen Mode erzeugte und kontrollierte Schwinungungsenergie kann auf eine an die
Reaktion
gekoppelte
Schwingungsanregung
Schwingungsmode
im
Molekül
wird
übertragen
über
geeignete
werden.
Eine
gezielte
Laserpuls-Anregung von
elektronischen Übergängen, wie stimulierte Ramanstreuung, oder direkte IR-Anregung
erreicht, darüberhinaus über die kontrollierte Aufnahme und verzögerte Abgabe eines im
Halbleiter optisch erzeugten heißen Elektrons durch das adsorbierte Molekül. Die Plazierung
bestimmter elektronischer Niveaus der organischen Moleküle, wie Grundzustand und erster
angeregter elektronischer Zustand, in der breiten Bandlücke eines oxidischen Halbleiters
vereinfacht die Reaktionsdynamik gegenüber z.B. einem Metall, da am Halbleiter mit breiter
Bandlücke dann die Reaktionen von Defekelektronen vernachlässigt werden können. Es wird
ein Vergleich des Reaktionsablaufs im UHV und in Lösungsmittel-Umgebungen
durchgeführt.
UP I: Schwingung-kontrollierte Photo-Dissoziation und -Desorption großer organischer
Moleküle auf oxidischen Halbleitern.
Ziel des UP I ist die Analyse und Kontrolle der Photodissoziation der Bindung zwischen
großen organischen Molekülen, wie z.B. des Perylenchromophors, und Oberflächenatomen
von oxidischen Halbleitern wie TiO2. Dabei kann der große organische Chromophor
desorbiert werden. Die thermische Spaltung der -COOH Bindung der entsprechenden
Carbonsäuren unter Bildung von CO2 und des organischen Chromophors ist an oxidischen
Halbleitern bereits wohlbekannt. In diesem Teilprojekt soll untersucht werden, wie dieser
Prozess als Photoreaktion über die Anregung einer spezifischen Schwingung kontrolliert
werden kann. Es wird dabei von der Hypothese ausgegangen, daß die Photoreaktion dem von
Gadzuk für Photodesorption an Metallelektroden vorgeschlagenem Mechanismus folgt. Nach
diesem Modell wird der die Photoreaktion auslösende hoch-schwingungsangeregte
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Precursorzustand des adsorbierten Moleküls über die ultraschnelle Aufnahme und Abgabe
eines im Festkörper photo-erzeugten heißen Elektrons präpariert. In Vorversuchen ist in der
Arbeitsgruppe nachgewiesen worden, daß die erforderliche elektronische Kopplungsstärke in
den ins Auge gefaßten experimentellen Systemen über die Wahl der Bindungslänge
eingestellt werden kann.
Über die Kontrolle einer spezifischen Schwingung im Grundzustand des Moleküls und den
zeitlichen Abstand zum im Halbleiter absorbierten Laserpuls kann die Elektronenaufnahme
und damit die Reaktionsausbeute der Photodissoziation und nachfolgenden Desorption
kontrolliert werden.
UP II: Schwingungs-kontrollierte Elektroneninjektion in oxidische Halbleiter
Das Ziel des UP II ist die Analyse und Steuerung der photoinduzierten Elektroneninjektion
aus angeregten elektronischen Zuständen großer organischer Moleküle wie Perylen,
Terperylen oder Pyren in das Leitungsband von oxidischen Halbleitern wie TiO2 oder ZrO2.
Die Geschwindigkeit der Elektroneninjektion wird über die Länge von molekularen Gruppen
passend eingestellt, die als elektronische Tunnelbarriere fungieren. Das schafft die
Voraussetzung für eine Kontrolle der Ausbeute der Elektroneninjektion über die Bewegung
eines Wellenpakets, das im elektronisch angeregten Donorzustand des organischen Moleküls
erzeugt wird. Über Pulsshaping wird ein geeignetes Wellenpaket erzeugt, das die
Kernkonfiguration des transition state einstellt und damit eine hohe Ausbeute der
Elektroneninjektion ermöglicht.
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3.3
Stand der Forschung
3.4
Eigene Vorarbeiten
-
Eigene Veröffentlichungen
3.5
Ziele, Methoden, Arbeitsprogramm
3.6
Stellung innerhalb des Programms des Sonderforschungsbereichs
Willig/Burfeindt
B5
3.7
Ergänzungsausstattung für das Teilprojekt B5
Es bedeuten: PK : Personalbedarf und -Kosten (Begründung vgl. 3.71)
SV : Sächliche Verwaltungsausgaben (Begründung vgl. 3.72)
I : Investitionen (Geräte über DM 20.000; Begründung vgl. 3.73)
Personalkosten
1998 (2. Halbjahr)
Verg.-Gr. Anzahl
IIa/2
Zu-samm
en
1
Betrag in
DM
22.800
22.800
1999
2000
Verg.-Gr. Anzahl
IIa/2
zu-samme
n
1
Betrag in
DM
45.600
45.600
2001 (1. Halbjahr)
Verg.-Gr. Anzahl
IIa/2
zu-samme
n
1
Betrag in
DM
45.600
45.600
Verg.-Gr. Anzahl
IIa/2
zu-samme
n
1
Betrag in DM
22.800
22.800
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B5
3.71 Begründung des Personalbedarfs
Name, akad. Grad,
Dienststellung
engeres
Fach des
Mitar-bei
ters
Institut der
Hochschule
oder der
außeruniv.
Einrichtung
Mitarbeit
im
Teilpro-je
kt in
Stunden/
Woche
auf
dieser
Stelle
im Sfb
tätig
seit
der-zeitig
e
Einstu-fu
ng
in BAT
GRUNDAUSSTATTUNG
3.71.1
wissenschaftliche Mitarbeiter
(einschl. Hilfskr.)
1. Willig, Frank Prof. Dr.
Abteilungsleiter
Phys.
Chem.
HMIFHI
6
--
2. Burfeindt, Bernd Dr.
Physik
FHI
10
--
Bat II a
3. Eichberger, Rainer Dr.
Physik
HMI
10
--
Bat II a
4. Hannappel, Thomas Dr.
Physik
HMI
5
--
Bat II a
5. Stork, Winfried
Dr. Dipl. Chem.
Chemie
FHI
10
--
ERGÄNZUNGS-AUSSTATTUN
G
3.71.3
wissenschaftliche Mitarbeiter
(einschließlich. Hilfskr.)
7.
N.N., Doktorand
19
Bat II a/2
Begründung des Personalbedarfs (GA)
zu 3.71.1 wissenschaftliche Mitarbeiter (GA)
1. Prof. F. Willig
2. Dr. B. Burfeindt,
3. Dr. R. Eichberger,
Abteilungsleiter, wissenschaftliche Projektleitung
Koordination der UP, Betreuung der Experimente im UP I
Betreung der Experimente im UP II
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Willig/Burfeindt
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4. Dr. T. Hannappel Betreuung der UHV-Apparatur, Photoelektronenspektroskopie,
Oberflächen-Charakterisierung.
5. Dr. W. Storck
Durchführung der chemischen Synthesen zur Herstellung der
organischen Chromophoren mit Anker- und Abstandsgruppen,
Mitarbeit an UP I und II
3.71.3 wissenschaftliche Mitarbeiter (Ergänzungsausstattung)
7. N.N.
Doktorand im UP I
Naßchemische Präparation der Proben, Transfer der Proben über
load-lock ins UHV. Charakterisierung der Proben im UHV.
Durchführung der fs-pump-probe Experimente im UHV,
fs-Photoelektronen-Spektroskopie im UHV. Durchführung der
fs-pump-probe Experimente in verschiedenen
Lösungsmittelumgebungen
8.N.N.
Doktorand im UP II
Naßchemische Präparation der Proben, Transfer der Proben über
load-lock ins UHV. Charakterisierung der Proben im UHV.
Durchführung der fs-pump-probe Experimente im UHV,
fs-Photoelektronen-Spektroskopie im UHV. Durchführung der
fs-pump-probe Experimente in verschiedenen
Lösungsmittelumgebungen
3.71.4
Es werden keine nichtwissenschaftlichen Mitarbeiter in der Ergänzungsausstattung beantragt.
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3.72 Aufgliederung und Begründung der Sächlichen Verwaltungsausgaben
nach Haushaltsjahren
1998
(2.Halbjahr)
Für Sächliche
Verwaltungsausgaben
stehen als Grundausstattung
voraussichtlich zur Verfügung
(524) Lehr-und
Forschungsmittel
- werden als
Ergänzungsausstattung
beantragt
(515) Kleingeräte
(522) Verbrauchsmaterial
25 000
1999
2000
50 000
50 000
2000
(1. Halbjahr)
25 000