@phdthesis{Gerbich2015,
  author    = {Gerbich, Thiemo M. P.},
  title     = {Pikosekunden-zeitaufgel{\"o}ste Deaktivierungsprozesse in isolierten Molek{\"u}len - Fluorenon, NDCA, Me-NI und NTCDA},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-118654},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2015},
  abstract  = {Im Rahmen der vorliegenden Dissertation wurden die Dynamiken von strahlungslosen Deaktivierungsprozessen von vier verschiedenen Molek{\"u}len im elektronisch angeregten Zustand untersucht. Ein fundiertes Verst{\"a}ndnis der intramolekularen Energieumverteilung in isolierten pi-konjugierten Systemen ist neben dem Modellcharakter auch f{\"u}r Anwendungen in der organischen Elektronik von Interesse. Die Untersuchungen dienen zudem als optimaler Maßstab f{\"u}r theoretische Simulationen, die auf eine Nachbildung der molekularen Dynamik ausgerichtet sind. Die Inbetriebnahme des Pikosekunden-Lasersystems stellt in der Arbeitsgruppe ein großes Potential f{\"u}r die Untersuchung der Dynamik von isolierten pi-konjugierten Molek{\"u}len zur Verf{\"u}gung. Erste Experimente konnten an unterschiedlichen Heterocyclen mit interessantem zeitlichen Verhalten erfolgreich durchgef{\"u}hrt werden und lieferten bereits wichtige Erkenntnisse {\"u}ber die strahlungslose Deaktivierung auf der ps-Zeitskala. Selbst f{\"u}r große Molek{\"u}le mit geringem Dampfdruck, die nur mit hohem experimentellen Aufwand im isolierten Zustand charakterisierbar sind, konnten Relaxationszeiten der angeregten Zust{\"a}nde ermittelt werden. Der Fokus der einzelnen Studien lag in der Erforschung der isolierten Molek{\"u}le, welche durch Anwendung der Molekularstrahl-Technik mit zeitaufgel{\"o}ster REMPI-Spektroskopie anhand des ps-Systems untersucht werden sollten. Zur Kontrolle der experimentellen Ergebnisse wurden zudem Vergleichsmessungen der transienten Absorptionsspektroskopie (TA) in der Fl{\"u}ssigphase herangezogen, wodurch eine fundierte Interpretation der Dynamik m{\"o}glich wurde. Zu den wichtigen Zielen geh{\"o}rten jedoch die Vergleiche der experimentellen Ergebnisse von isolierten Molek{\"u}len mit Berechnungen der Zustandsenergien sowie Simulationen der Molek{\"u}ldynamik aus dem Theorie-Arbeitskreis von Prof. Mitric. Auf diese Weise konnten wichtige Erkenntnisse {\"u}ber die Dynamik der Deaktivierungsprozesse gewonnen werden. Die Kombination der Gasphasen-Experimente mit TA-Messungen in der Fl{\"u}ssigphase hat sich als besonders n{\"u}tzlich erwiesen, um bei mehrstufigen Deaktivierungsprozessen einen erweiterten Einblick in die Dynamik der Molek{\"u}le zu erhalten. - So konnte bei Fluorenon in Cyclohexan und Acetonitril durch Vergleich der Anregungen des S3- und S1-Zustands eine zus{\"a}tzliche Zeitkonstante von 8-16 ps beobachtet werden, welche die innere Umwandlung zum S1-Zustand dokumentiert und die Ergebnisse der Gasphasen-Messungen best{\"a}tigt. - Durch Verwendung von L{\"o}sungsmitteln unterschiedlicher Polarit{\"a}t und der damit verbundenen Verschiebung der elektronischen Zust{\"a}nde von Fluorenon konnte zudem der zweite Deaktivierungsprozess eindeutig einem ISC-Prozess mit Zeitkonstanten von 120-154 ps zugeordnet werden. In der Gasphase wurde dieser Prozess lediglich als langlebiger Offset wahrgenommen. - Unterschiedliche Anregungsenergien zeigten bei TA-Messungen von NDCA eine nahezu identische Molek{\"u}ldynamik mit ca. 200 ps, w{\"a}hrend f{\"u}r isoliertes NDCA ein starker Abfall der Lebensdauer mit zunehmender Schwingungsenergie beobachtet wurde. In der Gasphase wird somit von einer Deaktivierung {\"u}ber eine Energiebarriere ausgegangen, w{\"a}hrend in L{\"o}sung eine zu schnelle Abk{\"u}hlung durch Schwingungsrelaxation diesen Prozess verhindert. - Bei NTCDA konnten in den TA-Messungen nach Anregung des S1-Zustands eine Relaxation in die Triplett-Umgebung innerhalb von wenigen Pikosekunden beobachtet werden, was im Einklang mit der sehr schnellen Deaktivierung in der Gasphase betrachtet werden kann. Eine ausf{\"u}hrliche Vergleichsstudie von isolierten Molek{\"u}len mit computergest{\"u}tzten Rechnungen und Simulationen wurde f{\"u}r die Molek{\"u}le NDCA und Me-NI durchgef{\"u}hrt. Dabei wurde explizit auf den Einfluss von Spin-Bahn-Kopplungen und konischen Durchschneidungen eingegangen, welche zu konkurrierenden Deaktivierungsprozessen des S1-Zustands f{\"u}hren k{\"o}nnen. - Durch Simulationen der Surface-Hopping-Dynamik wurde deutlich, dass bei NDCA und Me-NI im ersten angeregten Zustand eine konische Durchschneidung (CI) zwischen dem S1- und S0-Zustand erreicht werden kann. - W{\"a}hrend die Dynamik von NDCA bei h{\"o}herer Schwingungsanregung stark durch die CI dominiert wird, spielt die direkte Relaxation in den elektronischen Grundzustand bei Me-NI offenbar keine Rolle. - In Abwesenheit der CI zeigen NDCA und Me-NI in einer mit Spin-Bahn-Kopplung erweiterten Simulation der Populationsdynamik einen signifikanten Populationstransfer in die Triplett-Umgebung (T1-T4). Eine innere Umwandlung in den Grundzustand konnte jedoch nur bei Erreichen der CI beobachtet werden. Eine weitere Verbesserung der ps-Experimente kann durch Aufbau eines Photoelektronen-Spektrometers erreicht werden, da durch diese Technik eine pr{\"a}zisere Aussage dar{\"u}ber getroffen werden kann, aus welchem elektronischen Zustand die Molek{\"u}le ionisiert wurden. Eine Unterscheidung von ISC- und IC-Prozessen k{\"o}nnte somit gew{\"a}hrleistet werden.},
  subject      = {REMPI},
  language  = {de}
}