From electrons to ultrasfast ions : picosecond pulse generation by ultrafast electron-stimulated desorption

Abstract

Diese Arbeit präsentiert die Entwicklung eines neuartigen Desorptionsexperiments, in dem Elektronen-induzierte Desorption durch lasergetriggerte Photoemission realisiert wird. Ein Femtosekundenlaser erzeugt zunächst Photoelektronen, die auf eine kryogen gekühlte, molekülbedeckte Oberfläche beschleunigt werden. Die dort ausgelöste elektronische Anregung führt zur Desorption ionischer Spezies, die anschließend mittels Flugzeitmassenspektrometrie zeitaufgelöst detektiert werden. Die zeitliche Präzision des Experiments wird durch die UV-Femtosekundenpulse definiert und ermöglicht die Erzeugung von Ionenpulsen im Bereich weniger Pikosekunden. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der konzeptionellen Auslegung, numerischen Simulation und konstruktiven Umsetzung des gesamten Aufbaus. Dazu gehören die Entwicklung der Vakuumkammer, die Gestaltung der ionenoptischen Elemente durch simulation sowie die Implementierung einer kryogenen Infrastruktur zur speziesselektiven Adsorption der Moleküle. Diese Komponenten bilden die Grundlage für ein hochauflösendes, zeitpräzises Desorptionsexperiment.

This work presents the development of a novel type of experiment in which electron-induced desorption of surface atoms is triggered by laser-driven photoemission. Femtosecond laser pulses generate photoelectrons that are subsequently accelerated onto a cryogenically cooled, molecule-covered surface, where their interaction induces electronic excitations and the desorption of ionic species. The desorbed ions are detected with time-of-flight (TOF) mass spectrometry, while the femtosecond pulse duration defines the intrinsic temporal resolution of the process, enabling ion-pulse generation on the picosecond timescale.The focus of this work lies on the conceptual design, numerical simulation, and technical realization of the experimental setup, including the vacuum system, ionoptical elements, and the cryogenic infrastructure required for species-selective adsorption. Together, these components form the basis for a high-resolution,time-precise platform for studying ultrafast electron-stimulated desorption dynamics.