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Momentum Imaging of Photofragments and Photoelectrons using Fast Ion Beams

Domesle, Christian

German Title: Photofragment und Photoelektronen Spektroskopie an schnellen Ionen-Strahlen

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Abstract

Photofragment und Photoelektronen Spektroskopie an schnellen Ionen- Strahlen — Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine Methode zur Fragmentations- Kanal spezifischen Detektion von Photoelektronen der photoneninduzierten Dissoziation von schnellen Molekül-Ionen Strahlen etabliert. Hierfür wurde ein neuartiges Sattelpunkt Elektronen-Spektrometer zunächst zur Untersuchung der Photodetachment Dynamik an einem Strahl negativ geladener O− Ionen bei 532 nm in Betrieb genommen. Um alle Reaktionsprodukte der Photolyse von kleinenWasserclustern (H2O)nH+ (n ≤ 3) im Wellenlängenbereich von 13.5-40 nm zu erfassen, kam zusätzlich ein neu entwickeltes Detektionssystem für schwere Ionen-Fragmente zum Einsatz, welches in Kombination mit dem Sattelpunkt Spektrometer zur Untersuchung der dissoziativen Photoionisation des Hydronium- (H3O+) und des Zundel- Ions (H5O2 +) eingesetzt wurde. Hierbei konnte nachgewiesen werden, dass im Falle von H3O+ drei dominierende Zerfalls-Kanäle ein binärer H2O+ + H+ und zwei Drei- Körper Aufbrüche OH+ +2H+, OH+ +H+ +H durch Ionisation eines Außen-Valenz Elektrons initiiert wird. Durch die erstmalig gemessenen Elektronen-Spektren konnte gezeigt werden, dass vorrangig die Ionisation des 3a1 Orbitals den binären Kanal bedingt, wohingegen eine Vakanz im 1e Orbital zur Fragmentation in den Dreikörper- Kanal führt. Weiterhin wurde die Photolyse von H5O2 + studiert, wobei fünf dominante Kanäle identifiziert werden konnten, bei denen in einer Großzahl von Reaktionen das Hydronium-Ion selbst abgespalten wird. Das gemessene Elektronen-Signal zeigt auch hier, dass vorranging Vakanzen in den Außenorbitalen zur Dissoziation des Moleküls führen.

Translation of abstract (English)

Momentum imaging of photofragments and photoelectrons using fast ion beams — Within the framework of this thesis a method for break-up channel specific detection of the photoelectrons from photon-induced dissociation processes of fast moving molecular ion has been established. For this purpose, a novel saddlepoint electron spectrometer was commissioned while investigating the photodetachment dynamics on a fast moving beam of oxygen anions. For a complete detection of all outgoing reaction products emerging from the photolysis of small water clusters (H2O)nH+(n ≤ 3) in the wavelength range of 13.5-40 nm a new fragment analyzing system has been developed and in combination with the novel saddle-point spectrometer applied, to investigate the dissociative photoionization of the hydronium (H3O+) and the Zundel ion (H5O2 +). In case of the hydronium ion, a binary H2O+ + H+ and two three-body channels OH+ +2H+, OH+ +H+ +H have been identified to be initiated by outer valence vacancies, where the binary channel is mainly triggered by the ionization of the 3a1 orbital and the three-body channels follow ionization from the 1e orbital. The photolysis of H5O2 + is found to proceed via five prominent pathways, where for a large number of processes the hydronium ion is split off as a stable structural unit. Also here, the investigation of the photoelectron spectra revealed the prominent dissociation pathways to be initiated by outer valence vacancies.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Wolf, Prof. Dr. Andreas
Date of thesis defense: 4. July 2012
Date Deposited: 24. Aug 2012 11:06
Date: 2012
Faculties / Institutes: Service facilities > Max-Planck-Institute allgemein > MPI for Nuclear Physics
Subjects: 530 Physics
Uncontrolled Keywords: Free-Electron Laser , Photoionisation , Photodissociation , Photodetachment , Spectroscopy
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