FWF - ESR in He nanodroplets - ESR in He-Tröpfchen für Magnetismus- und Spindynamikstudien

  • Ernst, Wolfgang (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • VOLK, Alexander, (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • Poms, Johannes (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • Ratschek, Martin, (Teilnehmer (Co-Investigator))
  • Koch, Markus (Projektleiter (Principal Investigator))

Projekt: Foschungsprojekt

Beschreibung

Mittels Magnetresonanzspektroskopie können sehr präzise und detaillierte Informationen über strukturelle,
magnetische und dynamische Eigenschaften von Materie gewonnen werden, wobei die erhaltenen Spektren
Aufschluss über das unmittelbare atomare Umfeld geben. Besonders Elektronenspinresonanz (ESR) ist für
magnetische Studien geeignet, sogar ESR-inaktive Materialien können mittels der Methode des Spin-Labelings
untersucht werden. Supraflüssige Heliumnanotröpchen (HeN) sind ein überaus flexibles Tool um einzelne Atome,
Moleküle oder Cluster isoliert von störenden Umgebungseinflüssen bei einer Temperatur von 0.38 K zu
untersuchen. Überaus vielfältige Dotierungsvarianten ermöglichen es maßge-schneiderte Aggregate zu erzeugen.
Kürzlich ist es uns gelungen diese zwei erfolgreichen Methoden erstmals zu vereinen und die ersten ESR Spektren
von einzelnen Alkalimetallato-men in HeN aufzuzeichnen. Die Isolation in diesen kalten Containern resultiert in
sehr schmalen ESR Linien und die geringfügige Beeinflussung durch den Heliumtropfen spiegelt sich in einer
Erhöhung des Fermi-Kontakt-Terms um etwa 400 ppm wieder, die jedoch von der Tropfengröße abhängig ist. Das
Fehlen von Relaxationsmechanismen macht ESR-Übergänge in HeN zu einem kohärenten Prozess mit langen
Spinlebensdauern.
Die hohe Auflösung von ESR in HeN und im Besonderen die gezeigte Abhängigkeit von der Tropfengröße
eröffnen fundamental neue magnetische und spindynamische Untersu-chungsmöglichkeiten. Im Zuge dieses
Projekts soll ESR in HeN in eine universelle Methode für Magnetismus- und Spindynamikstudien einzelner Atome,
Moleküle und Cluster entwickelt werden. In einem ersten Schritt wird ein an der Oberfläche sitzendes
Rubidiumatom (Rb) als Spin-Label verwendet werden um ESR inaktive Teilchen im Inneren des HeN zu untersu-
chen. Eine Veränderung des bekannten Rb-HeN ESR-Spektrums soll Rückschlüsse auf Van-der-Waals- und
magnetische Dipol-Dipol-Wechselwirkung geben, wobei der Abstand der Wechselwirkungspartner durch eine
Veränderung der Tropfengröße eingestellt werden kann. Als zweiten Schritt sollen einzelne Kupfer- und
Chromatome in HeN mittels ESR in HeN untersucht werden, was einen Grundstein für magnetische Studien von
technisch rele-vanten Metallclustern bei tiefen Temperaturen legen soll. Schlussendlich planen wir die Me-thode
auf Spezies mit schneller Spinrelaxation zu erweitern.
Diese Forschung verbindet Atom- und Molekülphysik mit Gebieten wie Finite-Size Condensed-Matter,
Magnetismus in mesoskopischen Systemen und Einzelmolekühlreaktionen.
StatusAbschlussdatum
Tatsächlicher Beginn/ -es Ende15/10/1010/10/14