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Surface Physics
 
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Schwingungsspektroskopie

In der Physik und der physikalischen Chemie stellt die Schwingungsspektroskopie eine wichtige Methode zur Identifizierung von Molekülen oder Molekülgruppen dar. Neben den dort  verwendeten optischen Methoden Infrarotabsorptionsspektroskopie (IRAS) und Ramanspektroskopie kommen an Oberflächen auch die inelastische Streuung von Teilchen (Elektronen, Heliumatome) zur Anwendung. In zunehmendem Maße wird die Schwingungsspektroskopie zur Identifizierung von Oberflächenspezies, Reaktionsprodukten, sowie den auftretenden Wechselwirkungsmechanismen innerhalb der Adsorbatschichten oder von dünnen Filmen eingesetzt. Hier spielt neben der erforderlichen Empfindlichkeit die hohe spektrale Auflösung wie sie z.B. die optischen Methoden wie IRAS mitbringen eine entscheidende Rolle. Auch die Möglichkeit bei hohen Drucken zu arbeiten oder ungeordnete Schichten zu untersuchen spricht für den Einsatz optischer Methoden.

Die Schwingungsspektroskopie an Oberflächen, z.B. von adsorbierten Molekülen, unterscheidet sich in vielerlei Hinsicht von entsprechenden Untersuchungen in der Gasphase:

(1)  Immobilisierung des Moleküls:  Bei adsorbierten Molekülen sind keine freien Translationen und Rotationen mehr möglich. Die in Gasphasenspektren auftretenden Rotationsbanden (i.a. sehr störend) entfallen somit.

(2)  Durch die Bindung des Moleküls an das Substrat wird das Molekül in erheblichem Maße modifiziert (das Ausmaß hängt von der Bindungsstärke zur Oberfläche ab). Insbesondere die molekulare Struktur ist davon betroffen. Dadurch sind die beobachteten Schwingungsfrequenzen relativ zu den Werten des Gasphasenmoleküls stark verschoben.

3)  Die Linienbreiten der Schwingungsmoden sind relativ zur Gasphase deutlich vergrößert. Dies hängt mit den stark verringerten Lebensdauern von Schwingungsanregungen an Oberflächen zusammen, die mit der Kopplung des Adsorbats an das Substrat einhergeht. Infolge der Heisenbergschen Unschärfebeziehung wirkt sich eine kürze Lebensdauer direkt auf die energetische Unschärfe des Schwingungszustandes und damit auf seine Linienbreite aus.

HSI_1_A
Die lokale Bindungsgeometrie (hier: H-Atome die an eine gestufte Si(111)
Oberfläche gebunden sind) spiegelt sich sowohl in der jeweiligen
Schwingungsfrequenz, als auch in der Ausrichtung der jeweiligen Übergangsdipolmomente wieder (siehe Vergleich der Spektren mit s- und p-polarisiertem Licht).

Genaueres kann man auf der Hompage der AG Oberflächen erfahren

Last modified: 04.10.2010 · armbrusn

 
 
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