Göötz, Britta

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Britta Göötz: Die Schwingungsanregung kleiner hochsymmetrischer Moleküle in kondensierterPhase durch Elektronenstoß. 2001In dieser Arbeit wurden die Schwingungsspektren der festen Molekülfilme von Ethylen, Cyclopropanund Schwefelhexafluorid mittels Elektronen-Energie-Verlust-Spektroskopie (EELS) gemessen unduntersucht. Ziel der Arbeit ist es, die auftretenden Anregungsmechanismen, die Dipol- und dieStoßstreuung, zu charakterisieren und den Einfluss der kondensierten Phase auf dieSchwingungsanregung festzustellen. Da insbesondere für die nicht-resonante Stoßstreuung keineallgemeinen Auswahlregeln bekannt sind, wird gezielt nach einer möglichen Modenselektivitätgesucht. Die vorgestellten Moleküle wurden ausgewählt, da sie Schwingungen besitzen, die mittelsIR- oder Raman-Spektroskopie nicht zu beobachten sind, und aufgrund ihrer hohen Symmetrie zuerwarten ist, dass die Anregung dieser Schwingungen so wenig wie möglich von anderen Bandenüberlagert ist.Für die Untersuchungen wurden die Präparationsbedingungen der Molekülfilme und dieAufnahmebedingungen der Spektren variiert. Die Analyse der Spektren unterschiedlich dicker Filmezeigt, dass durch Stoßstreuung hervorgerufene Intensitäten schnell gesättigt sind, bei Dipolstreuunghingegen viele Moleküllagen erfasst werden. Bei gleichmäßigem Filmwachstum zeigt dieDipolstreuung einen linearen Anstieg der Schwingungsintensitäten mit der Schichtdicke,beispielsweise trifft dies bei Schwefelhexafluorid zu, wohingegen Cyclopropan eine geänderteReflektivität und damit einen Wechsel in der Ordnung der Oberfläche aufweist. Auf diese Weise kanndas Wachstum von Molekülfilmen studiert werden. Die Ordnung der Oberfläche wurde zusätzlichdurch die Veränderung der Abscheidetemperatur variiert und unter Ausnutzung derWinkelabhängigkeit charakterisiert.Für alle untersuchten Moleküle wird eine detaillierte Energieabhängigkeit vorgestellt, die die bisherumfangreichsten Studien auf diesem Gebiet darstellen. Schwingungen, die über denDipolmechanismus angeregt werden, zeigen insbesondere bei niedrigen Stoßenergien eine starkeIntensitätsabnahme mit zunehmender Stoßenergie. Die auftretenden Resonanzen konnten zugeordnetwerden, sie sind aufgrund von Polarisationseffekten in der festen Phase im Vergleich zur Gasphase um1 eV bis 1.5 eV abgesenkt. Für die optisch inaktiven Schwingungen des Ethylens und desSchwefelhexafluorids, letztere wurde erstmalig beobachtet, wurde ein linearer Anstieg mit derStoßenergie festgestellt.Zur Analyse des Mehrfachstreubereichs wurde ein einfaches Modell entwickelt, anhand dessen Dipol-und Stoßstreuung unabhängig von der Ordnung der Probe unterschieden werden können, was sonst nurbei geordneten Proben durch die Winkelabhängigkeit möglich ist. Zusätzlich wird die Identifizierungvon Obertönen und Kombinationsbanden erleichtert, was für das Auffinden von Resonanzen nützlichist. The vibrational electron energy loss (EEL) spectra of solid multilayer films have been investigated forethylene, cyclopropane, and sulfurhexafluoride. The main intention was to study the characteristics ofthe excitation mechanisms dipole and impact scattering and the influence of the condensed phase onthe vibrational excitation. Because of a lack of general selection rules in non-resonant impactscattering, the spectra have been searched carefully for an unknown selectivity in the vibrationalexcitation. In each of the presented molecules, there are vibrations which are inactive in opticalexperiments, and because of the high molecular symmetry the influence of overlapping bands due todipole scattering or resonant effects is expected to be small.The molecular films have been prepared under different conditions and were investigated with regardto impact energy, scattering angle, film thickness and order. In addition, the multiple loss region wasanalysed. The dependence of the film thickness can be exploited for studies concerning molecular filmgrowth. Impact scattering saturates quickly, while dipole scattering affects many layers. Insulfurhexafluoride a gradually increasing dipole intensity indicates a uniform film growth, whereas theintensity behaviour in cyclopropane points to a change in reflectivity and, therefore, to a change in theorder of the topmost layer. The order of the surface is varied by changing the deposition temperatureand characterised by means of the angular dependence of the acquired spectra.For all of the investigated molecules the energy dependence of the vibrational excitation is presentedin detail. This is the most comprehensive study concerning vibrational electron impact excitation inthese molecules so far. A strongly decreasing intensity is observed for dipole excited vibrations at lowincident energies. An enhancement of certain vibrations at specific energies could be attributed toresonances, which have been stabilised by 1 eV to 1.5 eV through polarization effects of thecondensed phase. Inactive vibrations could be observed in ethylene and sulfurhexafluoride. In thelatter case, this mode was observed for the first time. These modes show a steady increase with impactenergy and their appearance supports the assumption of specific selection rules in the vibrationalexcitation by electron impact.The multiple scattering region has been analysed by means of a simple model that has been developedduring this work. It allows the distinction between dipole and impact scattering in completelydisordered films from a comparison of the fundamental pattern with the relative intensities of thetwofold inelastic losses. So far, this distinction could be only obtained in ordered films by the use ofthe angular dependence of dipole scattering. Furthermore it is shown, that this model can be exploitedto detect contributions of overtones and combination band which helps to identify resonances. 

Die Schwingungsanregung kleiner hochsymmetrischer Moleküle in kondensierter Phase durch Elektronenstoß

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