Wissenschaft & Forschung

&Uuml;ber das gesamte Jahr verteilt publiziert die Redaktion der Nachrichten aus der Chemie Trendberichte &uuml;ber alle chemischen Disziplinen hinweg.

Trendberichte

<h2>Chirale Analyse komplexer Molekülmischungen</h2>Trotz der vielen konzeptionell unterschiedlichen Methoden, chirale Mischungen zu analysieren und Enantiomere zuzuordnen, gibt es hier weiterhin Probleme und offene Fragen. Schwierig zu analysieren sind unter anderem Mischungen, die mehrere chirale Moleküle, mögliche Konformere derselben und Stereoisomere gleichzeitig enthalten. Auch die absolute Konfiguration von Molekülen zu bestimmen, ist eine Herausforderung. Analytische Methoden mit hoher spektroskopischer Auflösung sind hier eine Alternative zu etablierten Methoden.In Zusammenarbeit mit Dave Patterson und John M. Doyle, Harvard University, entwickelten wir kürzlich eine neue, empfindliche und speziesselektive Methode, die Enantiomere in der Gasphase eindeutig unterscheidet.1–4) Die Methode basiert auf der hochauflösenden Rotationsspektroskopie.<h2>Dipolmomente der Enantiomere als Spiegelbilder</h2>Im rotationsspektroskopischen Experiment ist die Molekülantwort direkt mit den Trägheitsmomenten der Moleküle und somit mit ihrer Struktur verknüpft. Sie lassen sich so eindeutig unterscheiden und zuordnen. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Massen und damit Trägheitsmomente können auch Isotopologe sowie Konformere unterschieden und ihre Strukturen hochpräzise bestimmt werden. Voraussetzung ist, dass die Moleküle in die Gasphase gebracht werden können und polar sind.Da die Strukturen und somit die Dipolmomente der beiden Enantiomere eines chiralen Moleküls spiegelbildlich zueinander sind (Abbildung 1), nimmt das Skalarprodukt der drei Übergangsdipolmomentskomponenten μa, μb und μc für die beiden Enantiomere verschiedene Vorzeichen an. Das kann man sich so vorstellen: Die Enantiomere orientieren sich entlang von zwei Raumrichtungen, beispielsweise durch zwei senkrecht zueinander polarisierte elektromagnetische Felder, die mit µa und µb koppeln, dann zeigt die dritte Dipolmomentskomponente, in diesem Fall µc, für die beiden Enantiomere in entgegengesetzte Richtungen. Diesen Vorzeichenwechsel nutzen wir im spektroskopischen Experiment. Dafür verwenden wir geschlossene Zyklen aus drei dipolerlaubten Rotationsübergängen, die jeweils mit einem der drei Übergangsdipolmomentskomponenten des chiralen Moleküls assoziiert und in einer der drei Raumrichtungen linear polarisiert sind (Abbildung 2). Die Moleküle werden resonant angeregt, sodass es möglich ist, verschiedene Moleküle gleichzeitig zu untersuchen und eindeutig zuzuordnen. Dies macht die Methode auf Mischungen anwendbar.<figure><img src="https://media.graphcms.com/v9sI8gIQlmWU5AM71aig"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Abb. 1. Auch die Dipolmomente der beiden Enantiomere eines chiralen Moleküls verhalten sich wie Bild und Spiegelbild zueinander. Diese Eigenschaft führt zu entgegengesetzten Vorzeichen des skalaren Dreifachprodukts der Übergangsdipolmomentskomponenten µa, µb und µc innerhalb eines festen Koordinatensystems, da das Vorzeichen dieses skalaren Dreifachprodukts von der Anordnung der Einzelvektoren abhängt. Bei einer Spiegelung ändert es sich und bleibt unter Zeitumkehr unverändert, sodass das Vorzeichen eine Messgröße für Chiralität ist.</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/ITg3C7zsQjeePGfhsyaF"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Mikrowellen-Drei-Wellen-Mischen (M3WM) unterscheidet die Enantiomere der beiden Carvon-Konformere EQ1 und EQ2. Im oberen Teil sind die Molekülstrukturen und die verwendeten M3WM-Schemata dargestellt. Dieses polarisationssensitive Doppelresonanzexperiment nutzt Zyklen aus Rotationsübergängen, die mit den drei Raumrichtungen und den drei Übergangsdipolmomentskomponenten des chiralen Moleküls assoziiert sind. Im unteren Teil ist vergrößert die chirale Molekülantwort in Form eines Freien Induktionszerfalls (FID) in der Zeitdomäne für beide Konformere und ihre Enantiomere gezeigt. Der Phasenunterschied von 180 ° zwischen den R- und S-Enantiomeren beider Konformere ist deutlich sichtbar.</figcaption></figure>
Da es sich um insgesamt drei verschiedene Mikrowellenfelder handelt, die mit den Molekülen wechselwirken beziehungsweise aus ihrer Wechselwirkung entstehen – zwei zur Anregung und eines in Emission gemessen – bezeichnen wir diese Methode als Mikrowellen-Drei-Wellen-Mischen (M3WM).<h2>Mikrowellen- Drei-Wellen-Mischen</h2>Beim M3WM handelt es sich um ein Doppelresonanzexperiment mit zwei senkrecht zueinander polarisierten Mikrowellenpulsen, die zu zwei Rotationsübergängen resonant sind, die wiederum jeweils nur von einer Dipolmomentskomponente abhängen (Abbildung 2). Diese Doppelanregung resultiert in einer Mikrowellenemission, die entlang der dritten Richtung, also senkrecht zu den beiden Anregungsfeldern polarisiert ist. Diese Mikrowellenemission ist resonant zu dem Rotationsübergang, der von der dritten Übergangsdipolmomentskomponente abhängt. Da es sich dabei um den Übergang handelt, den wir detektieren, bezeichnen wir ihn als listen-Übergang (Abbildung 2).Bei der Breitband-Rotationsspektroskopie wie auch beim M3WM handelt es sich um Fourier-Transformationsmethoden, sodass die Aufnahme der chiralen Molekülantwort als freier Induktionszerfall (free-induction decay, FID) in der Zeitdomäne erfolgt wie in der Fourier-Transformation-NMR-Spektroskopie. Die Phase dieser Molekülantwort in der Zeitdomäne (des listen-Übergangs) hängt vom Vorzeichen des Skalarprodukts der drei Übergangsdipolmomentskomponenten μa, μb und μc ab und spiegelt daher den Vorzeichenwechsel für die beiden Enantiomere wider. Aufgrund dieses Vorzeichenwechsels beobachten wir für den FID des listen-Übergangs um 180 ° verschiedene Phasen für Moleküle entgegengesetzter Chiralität (Abbildung 2, unten), was somit ein eindeutiges Unterscheidungsmerkmal ist. Dies zeigt Abbildung 2 am Beispiel zweier Konformere des Terpens Carvon. Die beiden Konformere unterscheiden sich lediglich in der Orientierung der Isopropylgruppe zum Molekülrest. Ihre unterschiedlichen Rotationskonstanten erlauben ihre Unterscheidung und eindeutige Anregung.Bei enantiomerenangereicherten Proben lassen sich die Enantiomere beider Konformere über ihre Phasen unterscheiden. Während die Phase des FIDs Aufschluss über das jeweilige Enantiomer und dessen eindeutige Unterscheidung gibt, lässt sich aus der Amplitude des chiralen Signals der Enantiomerenüberschuss durch Vergleich mit einem internen Standard bestimmen.3,5,6)Sowohl die Doppelresonanzanregung als auch die Aufnahme der chiralen Molekülantwort erfolgen resonant. Zusammen mit der hohen Auflösung eignet sich Breitband-Rotationsspektroskopie im Allgemeinen und M3WM im Besonderen also für Mischungen. Diese Eigenschaften machen M3WM für die chemische Analyse interessant. Chirale Proben können ohne vorherige Auftrennung analysiert werden, da alle Moleküle, also auch Isomere, Konformere und Isotopologe unverwechselbare Rotationsspektren haben.<h2>Chirale Moleküle in etherischem Pfefferminzöl</h2>Die Mischungskompatibilität der Rotationsspektroskopie und des M3WM haben wir kürzlich an handelsüblichem Pfefferminzöl gezeigt (Abbildung 3). Diese etherischen Öle natürlichen Ursprungs setzen sich häufig aus einer Menge verschiedener Inhaltsstoffe zusammen, die strukturell miteinander verwandt sind und sich in ihren Eigenschaften stark ähneln. Im Breitband-Rotationsspektrum des Pfefferminzöls identifizieren wir sieben verschiedene Terpene auf Basis ihrer Rotationskonstanten. Eukalyptol und Menthol sind am häufigsten, während Pulegon und Limonen um zwei Größenordnungen geringere Intensitäten in den Spektren haben. Zudem sind derartige Öle aufgrund ihres pflanzlichen Ursprungs oftmals enantiomerenangereichert, und es gelang uns, das M3WM-Signal für Menthon in der Mischung aufzunehmen.<figure><img src="https://media.graphcms.com/bvv8ERaRg60yq0MT0VQ0"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Ausschnitt des Breitbandrotationsspektrums (300 000 Mittelungen, zirka 3 Stunden Messzeit) für natürliches Pfefferminzöl. Sieben verschiedene Terpene sind anhand ihrer Rotationsspektren eindeutig identifizierbar. Die beiden Vergrößerungen (unten) zeigen die weniger häufigen Moleküle Pulegon und Limonen. Die Intensitäten der beiden Vergrößerungen unterscheiden sich um jeweils eine Größenordnung.</figcaption></figure>
Die einfachste Art, die absolute Konfiguration eines Moleküls in einer derartigen Mischung zu bestimmen, ist der Vergleich der Phasen mit einer Probe desselben Moleküls mit bekannter chiraler Zusammensetzung (diese Proben müssen nicht enantiomerenrein, sondern nur -angereichert sein). Die Phasen des M3WM-Signals sind robust und reproduzierbar, auch wenn zwischen den einzelnen Messungen die Probe gewechselt werden muss. Abbildung 4 zeigt für Menthon einen Ausschnitt des FIDs für die Frequenz des listen-Übergangs des oben rechts dargestellten M3WM-Zyklus. Wie erwartet zeigt die Messung für (+)- und (–)-Menthon gegensätzliche Phasen des FID in der Zeitdomäne. Die Vermessung eines kommerziell erhältlichen Isomerengemisches aus Menthon und Isomenthon zeigt, dass (–)-Menthon im Überschuss vorliegt: Die Phase des FIDs entspricht der des (–)-Menthons.<figure><img src="https://media.graphcms.com/vpmk6lpPT86Y41xLZLSg"><figcaption><label>Abb. 4: </label>M3WM-Messungen an Menthon, einem Molekül mit zwei stereogenen Zentren. Der Phasenunterschied zwischen den beiden Enantiomeren des Menthons ist klar ersichtlich. Die rote Kurve zeigt die Messung eines kommerziell erhältlichen Menthon-Isomerengemischs. Die Phase folgt der des (–)-Menthons, sodass das Enantiomer im Überschuss in diesem Isomerengemisch eindeutig zuzuordnen ist.</figcaption></figure>
Die M3WM-Methode lässt sich, wie das Beispiel zeigt, auch auf Moleküle mit mehreren stereogenen Zentren anwenden.6) Diastereomere unterscheiden sich aufgrund ihrer Strukturunterschiede bereits in ihren Rotationskonstanten. Über Isotopensubstitution, entweder in natürlicher Häufigkeit oder mit isotopenangereicherten Proben, sind die Molekülstrukturen präzise bestimmbar, was dann die eindeutige Identifizierung der Diastereomere ermöglicht. Da sich auch die Enantiomere von Molekülen mit mehreren stereogenen Zentren im Vorzeichen ihrer Dipolmomentskomponenten unterscheiden, lassen sie sich über M3WM eindeutig differenzieren.<h2>Fazit</h2>Mikrowellen-Drei-Wellen-Mischen (M3WM) ist eine empfindliche Methode, mit der sich die Enantiomere chiraler Moleküle auch in komplexen Mischungen eindeutig unterscheiden, zuordnen und quantifizieren lassen. Die Untersuchung erfolgt in der Gasphase unter den isolierten Bedingungen eines Überschallstrahls, sodass Lösungsmitteleffekte keine Rolle spielen. Der Phasenunterschied zwischen den beiden Enantiomeren ist eine eindeutige Messgröße für Chiralität. Dieser Phasenunterschied bietet sich auch an, in zukünftigen Experimenten Enantiomere über einen weiteren, phasensensitiven und resonanten Mikrowellenpuls zu trennen.Melanie Schnell, Jahrgang 1978, promovierte im Jahr 2004 in physikalischer Chemie an der Universität Hannover, und zwar auf dem Gebiet der hochauflösenden Spektroskopie. Nach einem Forschungsaufenthalt in den USA wechselte sie zum Fritz-Haber-Institut in Berlin. Dort entwickelte sie Methoden, um kalte Moleküle mit Mikrowellenstrahlung zu erzeugen. Seit dem Jahr 2010 leitet sie eine unabhängige Max-Planck-Forschungsgruppe in Hamburg, seit 2013 am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie am Center for Free-Electron Laser Science. Ihre Gruppe beschäftigt sich mit der hochauflösenden Spektroskopie komplexer Moleküle, insbesondere chiraler Moleküle und Systeme von astrochemischer Relevanz. <a href="mailto:melanie.schnell@mpsd.mpg.de">melanie.schnell@mpsd.mpg.de</a><figure><img src="https://media.graphcms.com/5dgMSbFmRcCSD7JT2iWK"><figcaption><label>Abb. 5: </label></figcaption></figure>

<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 D. Patterson, M. Schnell, J. M. Doyle, Nature, 2013, 497, 475.</li><li>
2 D. Patterson, J. M. Doyle, Phys. Rev. Lett., 2013, 111, 023008.</li><li>
3 V. A. Shubert, D. Schmitz, D. Patterson, J. M. Doyle, M. Schnell, Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 1152–1155.</li><li>
4 D. Patterson, M. Schnell, Phys. Chem. Chem. Phys., 2014, 16, 11114–11123.</li><li>
5 V. A. Shubert, D. Schmitz, C. Medcraft et al., J. Chem. Phys. 2015, 142, 214201.</li><li>
6 V. A. Shubert, D. Schmitz, M. Schnell, J. Mol. Spec. 2014, 300, 31–36.</li></ul>

Trendbericht

Chirale Analyse komplexer Molekülmischungen

Chirale Analyse komplexer MolekülmischungenTrotz der vielen konzeptionell unterschiedlichen Methoden, chirale Mischungen zu analysieren und Enantiomere zuzuordnen, gibt es hier weiterhin Probleme und offene Fragen. Schwierig zu analysieren sind unter anderem Mischungen, die mehrere chirale Molekü...

<h2>Die Zukunft der ultraschnellen Spektroskopie</h2>Neue experimentelle Ansätze in der ultraschnellen Spektroskopie liefern bereits jetzt zeitliche und räumliche Informationen. Dieser Trend entwickelt sich rasch und wird es ermöglichen, bisher unbekannte Informationen über die Wechselwirkung von Licht mit funktionalen Materialien zu erhalten.Die Wechselwirkung von Materialien mit Licht spielt eine entscheidende Rolle in technischen Anwendungen wie optischen Sensoren, Photovoltaikzellen, Photokatalysatoren oder Materialien, deren optische und mechanische Eigenschaften mit Licht gesteuert werden können. Die eingesetzten Materialien sind oft komplex, bestehen etwa aus organisch-anorganischen Hybridmaterialien, Polymerhalbleitern und Halbleitermischungen oder aus Nanokompositen, bei denen Nanopartikel oder -strukturen in andere Materialien eingebettet sind. Diese sind auf der Nanoskala nicht homogen und weisen zahlreiche unterschiedliche Grenzflächen auf. Wie sich Nanostruktur und Grenzflächen auf die Eigenschaften des gesamten Materials auswirken, ist nur in den seltensten Fällen verstanden.Um das Material insgesamt zu verstehen und damit zu optimieren, ist ein detailliertes mikroskopisches Bild der Materialien und deren Wechselwirkung mit Licht unabdingbar (Abbildung 1). Dies erfordert Methoden, die gleichzeitig räumliche und zeitliche Informationen liefern. In den vergangenen Jahren wurden dazu mehrere Techniken entwickelt. Sie alle verbinden eine hochauflösende Mikroskopietechnik (laterale Auflösung &lt; 100 nm) mit einem Femtosekunden-Lasersystem in einem Pump-Probe-Ansatz (Kasten).<figure><img src="https://media.graphcms.com/ofcc9vB1RQOaed4YP1vs"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Ultraschnelle Mikroskopie bildet lichtinduzierte Prozesse in komplexen Materialien ab.</figcaption></figure>
Die Abbildung ultraschneller Prozesse und mit Nanometerauflösung gelingt mit ultraschneller optischer Rasternahfeldmikroskopie (Snom), mit ultraschneller Elektronenmikroskopie (SEM und TEM) und mit ultraschneller Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM).<h2>Der Pump-Probe-Ansatz</h2>Das Pump-Probe-Prinzip (Anregungs-Abfrage-Prinzip, Abbildung) macht Zeitauflösung im Femtosekundenbereich zugänglich. Hierbei wird ein Femtosekunden-Laserpuls an einem teilweise durchlässigen Spiegel in zwei Pulse (Pump- und Probe-Puls) aufgeteilt. Während einer über eine feste Strecke gelenkt wird, variiert die Weglänge, die der andere Puls zurücklegt. Treffen beide Laserpulse auf die Probe, weisen sie dabei einen Zeitversatz auf, der ihrer Wegdifferenz entspricht. Der erste Puls (Pump-Puls) regt das System an, zum Beispiel indem er Elektronen vom Valenzband eines Halbleiters in das Leitungsband hebt. Der zweite Puls (Probe-Puls) fragt den angeregten Zustand nach einer bestimmten Verzögerungszeit ab. Diese Abfrage kann zum Beispiel durch die Messung der Absorption des Pulses geschehen (transiente Absorption) oder durch Photoionisation des angeregten Zustandes (zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie). Führt man nun Messungen bei verschiedenen Zeitversätzen der beiden Laserpulse durch, kann man die Dynamik der angeregten Zustände mit einer Zeitauflösung untersuchen, die durch die Dauer der Laserpulse vorgegeben ist. Heutzutage sind Zeitauflösungen bis zu wenigen Femtosekunden möglich.<figure><img src="https://media.graphcms.com/gylQBjaR3KtbVfHO7JOx"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Bei der ultraschnellen Mikroskopie wird eine hochauflösende Mikroskopietechnik mit einem Femtosekunden-Lasersystem gekoppelt.</figcaption></figure>
<h2>Ultraschnelle optische Rasternahfeldmikroskopie</h2>Die Snom-Technik (scanning probe near-field optical microscopy) nutzt das optische Nahfeld in der Nähe einer sehr feinen Spitze.1) Das räumliche Auflösungsvermögen ist dann nicht mehr durch die Wellenlänge des verwendeten Lichts limitiert, sondern durch die Dimension der Spitze. So sind laterale Auflösungen unter 100 nm erreichbar. Die Spitze rastert über die Probe und detektiert an jedem Punkt spektroskopische Informationen des Materials.2) Wird an jedem Punkt ein Femtosekunden-Pump-Probe-Experiment durchgeführt, so ergibt sich ultraschnelle Spektroskopie mit hoher räumlicher Auflösung.3–5)<h2>Ultraschnelle Elektronenmikroskopie</h2>Bei der ultraschnellen Elektronenmikroskopie wird die Probe mit einem Laserpuls (Pump-Puls) angeregt und mit einem Elektronenpuls abgefragt. Der Elektronenpuls entsteht, indem der Probe-Puls auf eine Photokathode fokussiert wird. Dieses Prinzip wird sowohl im scanning ultrafast electron microscope (SUEM)6,7) als auch im ultrafast transmission electron microscope (UTEM oder UEM)8–10) eingesetzt. Die Entwicklung beider Techniken hat maßgeblich die Gruppe von Ahmed Zewail vorangetrieben. Der wesentliche Unterschied zwischen den Techniken besteht darin, dass im SUEM der Elektronenpuls fokussiert über die Probe gerastert wird und in jedem Pixel Sekundär- oder Rückstreuelektronen detektiert werden. Im UTEM hingegen werden transmittierte Elektronen detektiert, was atomare Auflösung erlaubt. Allerdings sind die Anforderungen an die Probenpräparation entsprechend hoch, da die Probe so dünn sein muss, dass genügend Elektronen transmittiert werden.<h2>Ultraschnelle Photoemissions-Elektronenmikroskopie</h2>Bei der Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) werden mit Licht (im UV- oder Röntgenbereich) Photoelektronen aus der Probe herausgelöst (Abbildung 2, S. 318). Eine Hochspannung beschleunigt die Photoelektronen in Richtung des Mikroskops, und anschließend werden sie über mehrere Elektronenlinsen auf einen Detektor geleitet, der den Probenausschnitt vergrößert abbildet. Da alle Photoelektronen gleichzeitig abgebildet werden, ist das PEEM keine Rastertechnik. Das Auflösungsvermögen eines PEEMs liegt in der Regel im Bereich von einigen 10 nm. Spezielle aberrationskorrigierte Modelle erreichen auch Auflösungen unter 10 nm.11) Abbildung 3 (S. 318) zeigt ein hochaufgelöstes PEEM-Bild einer Kohlenstoffnanoröhre bei Beleuchtung mit einer Hg-Lampe.12) Bei dieser Auflösung (unter 40 nm) ist ein Intensitätskontrast entlang der Nanoröhre detektierbar, der ihre Topographie widerspiegelt.<figure><img src="https://media.graphcms.com/60pSgXeTgKPaINOxbiRM"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Photoemissions-Elektronenmikroskopie (PEEM) beruht darauf, dass eine Elektronenoptik die Photoelektronen einer Probe auf einen Detektor abbildet (links). Hochaufgelöstes PEEM-Bild einer Kohlenstoffnanoröhre (rechts).</figcaption></figure>
Die Photoemissions-Elektronenmikroskopie bildet neben Nanoobjekten Hybridmaterialien ab. Bereits geringe Unterschiede in den elektronischen Strukturen der Materialien, insbesondere Austrittsarbeit und Zustandsdichte, resultieren in deutlichem Kontrast im PEEM-Bild, speziell bei Photonenenergien nahe der Ionisationsschwelle. Verfügt das PEEM über einen Energieanalysator, so kann zusätzlich die kinetische Energie der Photoelektronen analysiert werden. Dadurch erhält man prinzipiell für jeden Bildpunkt der PEEM-Abbildung ein Photoelektronenspektrum.Bei der ultraschnellen Photoemissions-Elektronenmikroskopie ist das Gerät mit einem Femtosekunden-Pump-Probe-Aufbau kombiniert. Hierbei wird die Wellenlänge des Pump-Pulses so gewählt, dass die Probe elektronisch angeregt, aber noch nicht ionisiert wird. Der zeitlich verzögerte Probe-Puls hat ausreichend Photonenenergie, um Elektronen aus den angeregten Zuständen ins Vakuum zu heben, wo das PEEM die resultierenden Photoelektronen detektiert. Dieses Prinzip wird 2-Photonen-Photoemission (2PPE) genannt.13–15) Auf diese Weise kann zusätzlich zur Nanostruktur der Materialien direkt die zugehörige ultraschnelle Dynamik lichtinduzierter Prozesse abgebildet werden (Abbildung 3).<figure><img src="https://media.graphcms.com/83gOJyfsSkzjaUkVemN3"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Bei der ultraschnellen Photoemissions-Elektronenmikroskopie regt ein Pump-Puls die Probe optisch an. Zeitverzögert dazu photoionisiert der Probe-Puls das System und erzeugt dadurch ein Abbild der Probe. Durch Variation der zeitlichen Verzögerung zwischen Pump- und Probe-Puls lassen sich photoinduzierte Prozesse in einem Material direkt abbilden.</figcaption></figure>
<h2>Photoinduzierte Prozesse in Halbleitern</h2>Seit den ersten Proof-of-Principle-Experimenten16) dient ultraschnelle PEEM zur Untersuchung von Oberflächenplasmonen an Metallnanopartikeln und strukturierten Oberflächen.17–19) Ultraschnelle PEEM macht diese Plasmonen und ihre Ausbreitung direkt sichtbar. In den letzten Jahren wurden zunehmend photoinduzierte Prozesse in organischen und anorganischen Halbleitern untersucht. Wall et al. zeigten mit ultraschneller PEEM, dass sich die Lebensdauer von Exzitonen in dünnen Pentacenfilmen und vereinzelten Pentaceninseln (auf diesen Filmen) unterscheidet.20) Fukumoto et al. bildeten im Jahr 2014 die ultraschnelle laterale Bewegung von photogenerierten Ladungsträgern in einem GaAs-Halbleiter ab, an den ein elektrisches Feld angelegt war.21)Unsere Gruppe hat im Herbst 2015 erste ultraschnelle PEEM an halbleitenden Polymerfilmen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass ultraschnelle PEEM die Morphologie dieser Materialien abbildet und dass die Dynamik photoinduzierter Prozesse von der lokalen Morphologie abhängt. Dieses Potenzial der ultraschnellen PEEM wollen wir nutzen, um den Zusammenhang zwischen Materialmorphologie und (photo-)physikalischen Eigenschaften aufzuklären, der für die Weiterentwicklung dieser Materialien essenziell ist.Andreas Neff, Jahrgang 1988, ist seit 2013 mit einem Stipendium der Beilstein-Stiftung Doktorand in der Gruppe von Katrin Siefermann am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM) in Leipzig. Er hat in Göttingen Physik studiert und erlangte 2013 den Abschluss Master of Science. Seine Forschungsinteressen liegen auf dem Gebiet der zeitaufgelösten Abbildung ultraschneller Prozesse in Materialien für neuartige Photovoltaiksysteme.<div><img src="https://media.graphcms.com/i28TodUGRZmw1mXR3xDY">

</div>Katrin R. Siefermann, Jahrgang 1982, leitet seit September 2012 eine Forschungsgruppe am Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung (IOM) in Leipzig. Sie studierte am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und promovierte im Jahr 2010 an der Universität Göttingen bei Bernd Abel. Anschließend forschte sie zwei Jahre in den Gruppen von Daniel Neumark und Oliver Gessner am Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) in den USA. Ihre Gruppe am IOM entwickelt und nutzt experimentelle Techniken der ultraschnellen Spektroskopie, um die Wechselwirkung von Licht mit funktionalen Materialien aufzuklären. <a href="mailto:katrin.siefermann@iom-leipzig.de">katrin.siefermann@iom-leipzig.de</a><div><img src="https://media.graphcms.com/8Xl0aG1eSCOkScEMA4pn">

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<ul><h2>Literatur</h2><li>
1 E. Betzig, A. Lewis, A. Harootunian, M. Isaacson, E. Kratschmer, Biophys. J. 1986, 49, 269–279.</li><li>
2 S. Kuehn, P. Pingel, M. Breusing et al., Adv. Funct. Mater. 2011, 21, 860.</li><li>
3 J. Levy, V. Nikitin, J. M. Kikkawa, et al., Phys. Rev. Lett. 1996, 76, 1948.</li><li>
4 T. Guenther, C. Lienau, T. Elsaesser et al. Phys. Rev. Lett. 2002, 89, 057401.</li><li>
5 K. Karki, M. Namboodiri, T. Zeb Khan, A. Materny, Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 153103.</li><li>
6 D.-S. Yang, O. F. Mohammed, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. 2010, 107, 14993.</li><li>
7 E. Najafi, T.D. Scarborough, J. Tang, A. Zewail, Science 2015, 347, 164.</li><li>
8 V. a Lobastov, R. Srinivasan, A. H. Zewail, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 7069.</li><li>
9 B. Barwick, H.S. Park, O.-H. Kwon, J.S. Baskin, A.H. Zewail, Science 2008, 322, 1227.A. Feist, K. E. Echternkamp, J. Schauss, S. V. Yalunin, S. Schäfer, C. Ropers, Nature 2015, 521, 200.</li><li>
10 R. Könenkamp, R. C. Word, G. F. Rempfer, T. Dixon, L. Almaraz, T. Jones, Ultramicroscopy 2010, 110, 899.</li><li>
11 A. Neff, O. Naumov, T.-J. Kühn et al. Am. J. Nano Res. Appl. 2014, 2, 27.</li><li>
12 R. T. Williams, T. R. Royt, J. C. Rife, J. P. Long, M. N. Kabler, J. Vac. Sci. Technol. 1982, 21, 509.</li><li>
13 X.-Y. Zhu, Q. Yang, M. Muntwiler, Acc. Chem. Res. 2009, 42, 1779.</li><li>
14 J. Stähler, J.-C. Deinert, D. Wegkamp, S. Hagen, M. Wolf, J. Am. Chem. Soc. 2015, 137, 3520.</li><li>
15 O. Schmidt, M. Bauer, C. Wiemann et al. Appl. Phys. B 2002, 74, 223.</li><li>
16 A. Kubo, K. Onda, H. Petek, Z. Sun, Y. S. Jung, H. K. Kim, Nano Lett. 2005, 5, 1123.</li><li>
17 F.-J. Meyer zu Heringdorf, L. I. Chelaru, S. Möllenbeck, D. Thien, M. Horn-von Hoegen, Surf. Sci. 2007, 601, 4700.</li><li>
18 M. Bauer, C. Wiemann, J. Lange et al., Appl. Phys. A 2007, 88, 473.</li><li>
19 S. Wall, D. Thien, F.-J. Meyer zu Heringdorf, J. Electron Spectros. Relat. Phenomena 2012, 185, 436.</li><li>
20 K. Fukumoto, Y. Yamada, K. Onda, S.Y. Koshihara, Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 053117.</li></ul>

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