Orbitaltomographie zur chemischen Analyse

Über

Ich bin YESP-Mitglied Dr. Anja Meier (Publikationsname: Haags) und arbeite derzeit zur Hälfte als PostDoc und zur anderen Hälfte als Wissenschaftliche Koordinatorin am Institut für Quantum Nanoscience (PGI-3) unter der Leitung von Prof. Dr. F. Stefan Tautz.

Meine Forschung konzentriert sich auf die Photoemissionsorbitaltomographie (POT) mit der man elektronische und geometrische Eigenschaften von Molekülen und 2D Materialien untersucht. Dabei werden experimentelle und theoretische Daten kombiniert, um Informationen über Molekülorbitale von Molekülen auf Oberflächen zu sammeln. Ursprünglich hieß es, dass die POT nur für bestimmte Systeme genutzt werden kann, doch der Anwendungsbereich von POT wird stetig erweitert. Ziel meiner Arbeit ist es, die Grenzen der Methode aufzuzeigen.

Neben statischen POT Experimenten von besetzten Zuständen, ist es ebenfalls möglich ursprünglich unbesetzte Molekülorbitale abzubilden. Dazu wird POT mit Ultrakurzzeit-Spektroskopie (pump-probe experiment) kombiniert. Hier wird das zu untersuchende System zunächst mit einem ersten Laserpuls in einen angeregten, elektronischen Zustand gebracht, welcher dann mit einem zeitlich verzögerten zweiten Laserpuls gemessen wird. Die Dynamik dieses Prozesses untersuchen wir im Zuge des ERC Synergy Grants Orbital Cinema.

Forschungsthemen

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Dr. Anja Meier

PGI-3

Gebäude 02.4w / Raum 326

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Toroid-Elektronenanalysator

Für Photoemissionstomographie-Experimente betreiben wir einen einzigartigen toroidalen Elektronenanalysator, der sich ständig an der Metrologischen Lichtquelle (MLS) der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB) in Berlin befindet.

Elektronische und chemische Eigenschaften von organischen Molekülen

In den letzten Jahren haben wir in Zusammenarbeit mit unseren Kollegen an der Karl-Franzens Universität in Graz die Photoemissionstomographie zu einer leistungsfähigen Technik entwickelt, die einen direkten Zugang zur Orbitalstruktur von Molekülen ermöglicht (insbesondere von Grenzorbitalen, die die elektronischen, optischen und chemischen Eigenschaften von Molekülen bestimmen) und somit hilft, elektronische und chemische Zustände von Molekülen an Oberflächen aufzudecken.

Verfolgung von Orbitalbildern auf ultraschnellen Zeitskalen

Die Verfolgung molekularer Anregungs- und Elektronenübertragungs-prozesse in Zeit und Raum innerhalb eines einzigen Experiments ist ein langjähriges Ziel der Spektroskopie im Bereich der Chemie. Wallauer et al. kombinierten die tomographische Photoemissionsabbildung mit einem Femtosekunden-Pumpsonden-Schema, um die Molekülorbitale im angeregten Zustand von an der Oberfläche adsorbierten Molekülen mit räumlicher und zeitlicher Auflösung zu verfolgen. Diese Demonstration öffnet ein neues Fenster für die Untersuchung der ultraschnellen Elektronentransferdynamik bei Prozessen wie chemischen Reaktionen an Oberflächen und intermolekularen Ladungstransfers.

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Publikationen

Ausgewählte Publikationen:

A. Haags, D. Brandstetter, X. Yang, L. Egger, H. Kirschner, A. Gottwald, M. Richter, G. Koller, F. C. Bocquet, C. Wagner, M. G. Ramsey, S. Soubatch, P. Puschnig and F. S. Tautz, ”Tomographic identification of all molecular orbitals in a wide binding energy range”, Phys. Rev. B 111, 165402 (2025) DOI: 10.1103/PhysRevB.111.165402

C. S. Kern , A. Haags, L.Egger, X. Yang, H. Kirschner, S. Wolff, T. Seyller, A. Gottwald , M. Richter, U. De Giovannini, A. Rubio, M. G. Ramsey, F. C. Bocquet, Soubatch, F. S. Tautz, P. Puschnig, and S. Moser, ”Simple extension of the plane-wave final state in photoemission: Bringing understanding to the photon-energy dependence of two-dimensional materials”, Phys. Rev. Research 5, 033075, (2023). DOI: 10.1103/PhysRevResearch.5.033075

A. Haags, X. Yang, L. Egger, D. Brandstetter, H. Kirschner, F. C. Bocquet, G. Koller, A. Gottwald, M. Richter, J. M. Gottfried, M. G. Ramsey, P. Puschnig, S. Soubatch and F. S. Tautz, ”Momentum-space imaging of σ-orbitals for chemical analysis”, Science Advances 8, 29, (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn0819

A. Haags, A. Reichmann, Q. Fan, L. Egger, H. Kirschner, T. Naumann, S. Werner, T. Vollgraff, J. Sundermeyer, L. Eschmann, X. Yang, D. Brandstetter, F. C. Bocquet, G. Koller, A. Gottwald, M. Richter, M. G. Ramsey, M. Rohlfing, P. Puschnig, J. M. Gottfried, S. Soubatch and F. S. Tautz, ”Kekulene: on surface synthesis, orbital structure, and aromatic stabilization”, ACS Nano 14, 15766 (2020). DOI: 10.1021/acsnano.0c06798

A. Haags , L. A Rochford, J. Felter, P. J. Blowey, D. A. Duncan, D. P. Woodruff and C. Kumpf, ”Growth and evolution of tetracyanoquinodimethane and potassium coadsorption phases on Ag(111)”, New Journal of Physics 22, 063028 (2020). DOI: 10.1088/1367-2630/ab825f

Letzte Änderung: 09.10.2025

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