ZEKE-Spektroskopie

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Die ZEKE-Spektroskopie (ZEKE kurz für englisch zero-electron kinetic energy oder auch nur zero kinetic energy) stellt eine besondere Form der Photoelektronenspektroskopie dar, bei der ausschließlich Elektronen nachgewiesen werden, die (nahezu) keine kinetische Energie besitzen (zero kinetic energy).

Funktionsweise

Das zu untersuchende Gas wird mit einem kurzen Laserpuls bestrahlt. Nachdem dieser Laserpuls abgeklungen ist, wird die Zeit τ abgewartet. In dieser Zeit bewegen sich alle Elektronen mit E > E_c aus dem Untersuchungsbereich heraus. Mit Hilfe eines elektrischen Feldes werden nach Ablauf von τ alle restlichen Elektronen abgesaugt und gemessen. Mit dieser Methode können insbesondere Elektronen an der Ionisationsgrenze detektiert werden.^[1]

Abschätzung von E_c

Typische Abmessungen des Untersuchungsbereichs liegen im Millimeterbereich, τ kann im Millisekundenbereich angesetzt werden. Weiterhin sei eine radiale Symmetrie des Untersuchungsbereichs (r = 1 mm) und eine Ionisierung in dessen Mitte angenommen. Um aus dem Untersuchungsbereich heraus zu kommen, folglich nicht mehr gemessen zu werden, muss ein Elektron mit der Energie E einen Weg von 1 mm zurücklegen. Im Fall nichtrelativistischer Elektronen gilt für die kinetische Energie

$E=\frac{m}{2}v^2$

und somit

$v=\sqrt{\frac{2E}{m}}$

Ein Elektron verlässt den Untersuchungsbereich, wenn gilt

$r'=v\tau=\sqrt{\frac{2E}{m}}\tau>r$

Es gilt somit

$E_c=\left(\frac{r}{\tau}\right)^2\cdot\frac{m}{2}$

Mit $m=\mathrm{9,11\cdot10^{-31}\,kg}$, $r=\mathrm{1\cdot10^{-3}\,m}$ und $\tau=\mathrm{1\cdot10^{-2}\,s}$ ergibt sich

$E_c=\mathrm{9,11\cdot10^{-33}\,\frac{kg\cdot m^2}{s^2}}=\mathrm{5,6\cdot10^{-14}\,eV}$

Für die angegebenen Werte werden also nur Elektronen mit einer kinetischen Energie unter $\mathrm{5,6\cdot10^{-14}\,eV}$ detektiert.

Vorteile der ZEKE-Spektroskopie

Im Gegensatz zu der klassischen Photoemissionsspektroskopie ist es bei der ZEKE-Spektroskopie nicht nötig, die Elektronen nach ihrer Energie zu separieren. Die Geräte werden somit einfacher. Weiterhin ist die Ausbeute an Elektronen deutlich größer, da sich diese normalerweise in alle Raumrichtungen verteilen. Es wird somit nur ein geringer Teil der Elektronen einer bestimmten Energie gemessen. Bei der ZEKE-Spektroskopie werden jedoch alle Elektronen detektiert, die die entsprechende Energie besitzen.

Siehe auch

• Rydberg-Zustand

Literatur

• Eckhard Waterstradt: ZEKE Spektroskopie an Molekülen und Molekülclustern bei XUV, VUV und Multiphotonanregung. Herbert Utz Verlag, 1999, ISBN 3896751905.
• Hans-Jörg Dietrich: Langlebige, molekulare Rydbergzustände in der ZEKE-Spektroskopie: Ionisationsdynamik und neue experimentelle Techniken. Herbert Utz Verlag, 1996, ISBN 389675159X.

Einzelnachweise

1. ↑ Gerhard Drechsler: Photoelektronen-Spektroskopie mit Null-Energie-Elektronen. In: Nachrichten aus Chemie, Technik und Laboratorium. 40, Nr. 1, 1992, S. 20–22, doi:10.1002/nadc.19920400107.