Molecular Beam Studies of Energy Transfer in Molecule Surface Interactions

Abstract

Chemische Reaktivitaet auf Metalloberflaechen spielt eine grosse Rolle in moderner Chemie. Das Ziel eines tieferen Verstaendnisses solcher Prozesse hat zur Entwicklung neuer wissenschaftlicher Schwerpunkte wie beispielsweise Oberflaechenchemie gefuehrt. Ein wichtiges Ziel dieser Forschung ist ein fundiertes Verstaendnis des Energietransfers zwischen Gasphase und Oberflaeche. Trotzdem sind die zugrundeliegenden Mechanismen, die den Energietransfer auf Oberflaechen steuern, bis heute nicht gut verstanden. Hier spielt besonders Translationsenergietransfer eine wichtige Rolle, da die Dissipation von kinetischer Energie eine fundamentale Rolle in Adsorptionsprozessen spielt, dem ersten Schritt in vielen chemischen Reaktionen. Molekularstrahlexperimente mit laserspektroskopischen Anwendungen werden in dieser Arbeit verwendet, um die kinetische Energie von auf Au(111) Oberflaechen gestreuten HCl und NO Molekuelen in ausgesuchten Quantenzustaenden zu untersuchen. Sowohl die Abhaengigkeit des Schwingungszustands des einfallenden Molekuels auf die kinetische Energieverteilung des gestreuten Molekuels, als auch die Wechselwirkung zwischen Schwingungsenergierelaxation und kinetischer Energie des gestreuten Molekuels wurden gemessen. Es wird gezeigt, dass Schwingungsenergierelaxation im Streuprozess die kinetische Energie des gestreuten Molekuels erhoeht. Ein Grossteil der elastisch gestreuten Molekuele veliert weiterhin deutlich mehr Translationsenergie, als man bei einem Stoss in einem rein mechanischen Bild erwarten wuerde. Einer der wichtigsten und am wenigsten studierten Energiedissipationskanaele fuer Molekuel-Oberflaechen-Wechselwirkungen ist der Energietransfer zwischen der Schwingungsenergie des Molekuels und den elektronischen Freiheitsgraden der Oberflaeche. Dieser Kanal ist deshalb besonders wichtig, da die Schwingungsfreiheitsgrade des Molekuels direkt an Bindungsdissoziationsprozesse koppeln. Untersuchungen von an Metalloberflaechen gestreuten NO Molekuelen zeigen hier zum ersten Mal eine direkte Kopplung zwischen Molekuelschwingungen und Oberflaechen Elektron-Loch-Paaren. Noch deutlicher zeigt sich dies in der multi-Quanten Relaxation von NO( ¢vmax=-8), die an einzelne Elektronen koppelt. Multi-Quanten Schwingunsanregung durch Kopplung zu Elektron-Loch-Paaren wurde dagegen noch nicht gemessen. Daher wurden in dieser Arbeit fuer das NO/Au(111) System die Anregungswahrscheinlichkeiten von NO(v=0 ¨2) und NO(v=0 ¨1) ueber einen weiten Oberflaechentemperaturbereich fuer verschiedene kinetische Energien des einfallenden Molekuels gemessen. Weiterhin wurde ein kinetisches Modell entwickelt, mit Hilfe dessen zwischen direkter Anregung NO(v=0 ¨2) und sequentieller Anregung NO(v=0 ¨1 ¨2) unterschieden werden kann. Es zeigt sich, dass multi-Quanten Anregung durch den direkten Anregungskanal dominiert wird.