Comparative spectroscopic study of photoinduced intramolecular electron transfer reactions in rare-gas matrices, supersonic cluster beams, and superfluid helium nanodroplets

Viele chemische Reaktionen werden durch Absorption von Licht ausgelöst. Die wichtigste photochemische Reaktion in der Natur ist die Photosynthese, aber auch sensorische Photoreaktionen wie der Sehprozess oder der Phototropismus spielen eine große Rolle. Beide Aspekte - Energiegewinnung und Sensorik - sind auch für technische Anwendungen von großer Bedeutung. Zum Verständnis solcher Reaktionen benötigt man spektroskopische Experimente an ausgewählten Modellsystemen unter möglichst genauer Kontrolle der externen Bedingungen. Sehr niedrige Temperaturen und eine chemisch inerte Umgebung werden verwendet, um den Anfangszustand genau festzulegen und Fluktuationen oder breite Verteilungen in Umgebungsparametern auszuschließen. Wir planen, gedopte superflüssige Helium-Nanotröpfchen als Reaktionsmedium einzusetzen. Diese Methode vereint die Vorteile von Molekularstrahl und Matrixisolation, während sie zugleich einige gravierende Nachteile vermeidet. Einerseits sind die Reaktanden wie im Düsenstrahl frei beweglich und können zueinander diffundieren, andererseits werden die Reaktionsprodukte wie in einer Matrix gekühlt. Wir betrachten die Helium-Nanotröpfchen daher als Nanoreaktoren gefüllt mit einem sehr kalten aber fluiden Medium, dessen dielektrische Eigenschaften dem Vakuum sehr nahe kommen. Es ist quasi ein Vakuum mit sehr hoher Wärmeleitfähigkeit. Im geplanten Projekt soll gezeigt werden, dass photochemische Reaktionen in superflüssigen Heliumtröpfchen durchgeführt und detailliert spektroskopisch untersucht werden können.