Arbeitsgruppe Clusterdynamik
Prof. Dr. Udo Buck

Die neutralen Molekülcluster  werden durch Streuung an einem Atomstrahl ihrer Größe nach ausgewählt und mit verschiedenen Infrarot-Lasersystemen  durch Anregung von intramolekularen Schwingungen dissoziert. Die so gewonnenen Entvölkerungs-Spektren geben Auskunft über die zugrunde liegenden Strukturen und Bindungseigenschaften der Cluster. Bisher wurden vornehmlich Wasserstoffbrückensysteme bis zu n=13 von  Methanol, Hydrazin und Azetonitril untersucht, die durch Ringe, drei-dimensionale Netzwerke oder antiparallele Dipolanordnungen gekennzeichnet sind. Ferner wurden Wasserclustern im Bereich von n=6 bis n=10 untersucht. Damit ist erstmalig ein Größenbereich experimentell zugänglich geworden, bei dem dreidimensionale Strukturen mit dreifach-koordinierten Wassermolekülen vorherrschen, die alle von dem würfelförmigen Oktamer abgeleitet werden können. Für das Nonamer wurde zusätzlich ein Spektrum beobachtet, das einem flüssigen Cluster bei einer Temperatur von 186 K zugeschrieben wird. Für das Hexamer wurde  bei Temperaturen von 40 bis 60 K nach neuen Rechnungen sowohl das "book"- wie auch das "cage"-Isomer nachgewiesen. In Zusammenarbeit mit der Suhm-Gruppe wurden kleine Komplexe von Glykolaten und Lactaten  gemessen, die bei der chiralen Erkennung eine Rolle spielen.

In der Pick-Up-Anordnung lassen sich durch Dotierung der Cluster mit einem Natriumatom fragmentierungsfreie Massenspektren messen. Mit dieser Methode haben wir genaue Größenverteilungen von Edelgas-, Wasser- und Ammoniakclustern gemessen und sie mit den Quellenbedingungen korreliert [198]. Koppelt man diese Signale mit IR-Anregung so dass eine Signalverstärkung entsteht, kann man größenselektive IR-Spektren von Na-(H₂O)_n  Clustern aufnehmen [230]. Weitere  Experimente wurden zur Messung des Ionisierungspotentials (IP) von mit Na dotierten Ammoniak-, Wasser- und Methanolclustern durchgeführt. Während sich Methanol wie Wasser verhält, - die IPs bleiben nach Auffüllung der 1. Schale konstant -  nehmen bei Ammoniak die IPs bis zum Flüssigkeitslimit ab. Für Wasser wurde ein weiteres Isomer mit kleinerer Bindungsenergie entdeckt [242]. Zusammen mit den Messungen der Infrarotspektren und der Dissoziationsergebnisse können damit genaue Aussagen über das solvatisierte Elektron gewonnen werden [248]. Kürzlich ist es uns gelungen, durch geschickten Ausbau der IR-Methode ein neues Verfahren zu entwickeln, dass es erlaubt, größenselektive Spektrokopie von Wasserclustern bis hin zu Größen von n=500 zu betreiben. Dabei konnte erstmalig der Einsatz der Kristallisation bei n=275 und seine Vollendung bei n=475 bestimmt werden [249]. Die Ergebnisse wurden in Science veröffentlicht.