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Heiße Forschung zu Elektronen-induzierter Chemie

Elektronen lösen spannende Chemie in unterschiedlichsten Materialien und Naturphänomenen aus. Die Bremer Physikalische Chemie untersucht die Mechanismen solcher Reaktionen. Zwei aktuelle Arbeiten zu Projekten aus der Astrochemie und Nanotechnologie wurden als 2021 PCCP HOT Article veröffentlicht.

Eine aktuelle Hypothese führt die Entstehung komplexer Moleküle im Weltraum auf chemische Prozesse in molekularen Eisschichten zurück, die sich auf Staubkörnern in kalten interstellaren Wolken bilden. Die Reaktionen sollen durch Einwirken kosmischer Strahlung ausgelöst werden. Allerdings wird vermutet, dass tatsächlich langsame Elektronen, die von der hochenergetischen kosmischen Strahlung in großer Zahl im Eis freigesetzt werden, die eigentlichen Täter sind. Dass dies tatsächlich eine sinnvolle Annahme ist, erforscht die Arbeitsgruppe Swiderek seit längerem mit Förderung der DFG anhand von Laborexperimenten unter Leitung von Jan Hendrik Bredehöft. Im Rahmen seiner Dissertation konnte Fabian Schmidt kürzlich aufklären, durch welche Reaktionen ein aus CO und Methanol bestehendes Eis unter Bestrahlung mit Elektronen komplexere Moleküle wie Methylformiat bilden kann, und die Ergebnisse bei PCCP publizieren.

Ein ganz anderes Thema, nämlich die Chemie in neuartigen Resist-Materialien für die Lithographie mit extremer Ultraviolett-Strahlung (EUVL) behandelt der zweite Artikel. Bei EUVL wird hochenergetische ionisierende Strahlung verwendet, um Strukturen auf einen Wafer zu übertragen, wobei der Resist an den bestrahlten Stellen drastisch seine Löslichkeit verändern muss. Auch unter diesen Bedingungen werden langsame Elektronen freigesetzt. Hier war allerdings nicht klar, welchen Anteil diese Elektronen an der Chemie im Resist insgesamt haben. Im Rahmen einer Kooperation mit dem Advanced Research Center for Nanolithography in Amsterdam konnte die Arbeitsgruppe Swiderek mit Förderung des Marie-Curie ITN ELENA (https://www.elena.hi.is/) diese Frage untersuchen. Unter Leitung des inzwischen an die Universität Leipzig gewechselten ehemaligen Doktoranden Markus Rohdenburg zeigte das Projekt, dass Elektronen tatsächlich genauso effizient wie das EUV Photon selber sind und daher ihre Wirkung bei der Entwicklung neuer Resist-Materialien unbedingt berücksichtigt werden muss.

PCCP (Physical Chemistry Chemical Physics) ist eine renommierte Zeitschrift der Physikalisch-Chemischen Fachgesellschaften in Europa, die von der Royal Chemical Society und der Deutschen Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie herausgegeben wird. Die Nominierung der beiden Arbeiten zeigt, dass neue Erkenntnisse zu Elektronen-induzierter Chemie von breitem Interesse sind.

Universität Bremen
Fachbereich Biologie / Chemie
Institut für Angewandte und Physikalische Chemie
Prof. Dr. Petra Swiderek
Tel. 0421 218 63200

E-Mail: swiderek@uni-bremen.de

Webseite: https://www.iapc.uni-bremen.de/swiderek/

Artikel:

  • Mechanisms of methyl formate production during electron-induced processing of methanol–carbon monoxide ices, F. Schmidt, P. Swiderek, J. H. Bredehöft, Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 11649-11662 (2021). https://doi.org/10.1039/D1CP01255J
  • Role of low-energy electrons in the solubility switch of Zn-based oxocluster photoresist for extreme ultraviolet lithography M. Rohdenburg, N. Thakur, R. Cartaya, S. Castellanos, P. Swiderek, Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 16646-16657 (2021). https://doi.org/10.1039/D1CP02334A
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