Leipzig 2002 – wissenschaftliches Programm
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PV: Plenarvorträge
PV IX
PV IX: Plenarvortrag
Mittwoch, 20. März 2002, 14:00–14:30, HS 19
Neue Einsichten über Oberflächen und Moleküle mit Hilfe der faszinierenden Quanteneigenschaften des Heliums — •J. Peter Toennies — Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, 37073 Göttingen — Träger der Stern-Gerlach-Medaille
Obwohl das makroskopische Quantenphänomen der Suprafluidität seit über 60 Jahren bekannt ist, sind die mikroskopischen Quanteneigenschaften des Heliums erst in letzter Zeit erforscht worden. Auf Grund einer Nullenergieresonanz im He-He Stoßquerschnitt haben die bei Gasexpansion gewonnenen Atomstrahlen eine Geschwindigkeitshalbwertsbreite von nur 1%. Solche He-Atomstrahlen (HAS) eignen sich besonders gut als Oberflächensonden, da sie unempfindlich gegenüber Aufladungen sind und nicht in das Kristallinnere eindringen oder die Oberfläche beschädigen können. Die hohe Monochromasie dieser Atomstrahlen hat zum ersten Mal Messungen der Dispersionskurven von Oberflächenphononen mit der Laufzeitmethode ermöglicht sowie die Untersuchung anderer Niederfrequenzanregungen und von Diffusionsvorgängen adsorbierter Teilchen. Bei Quellentemperaturen unterhalb T0 = 30 K führt die starke Expansionsabkühlung zur Bildung von kleinen suprafluiden Tröpfchen aus 103-104 Atomen. Die Infrarotspektren von eingelagerten Molekülen zeigen ganz unerwartet gut aufgelöste Rotationslinien, woraus geschlossen wird, daß die Teilchen wie im Vakuum frei rotieren können. Daher eignen sich die Helium Nanotröpfchen als eine besonders sanfte und kalte (0.37 K (4He) oder 0.15 K (3He)) Matrix für hochaufgelöste Molekülspektroskopie. Auf diese Weise konnte der erste Hinweis auf die Suprafluidität von kleinen Para-Wasserstoff Clustern gefunden werden.