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Design and characterisation of a LIAD source in view of matter wave interferometry

Horak, Johannes (2013) Design and characterisation of a LIAD source in view of matter wave interferometry.
Diplomarbeit, University of Vienna. Fakultät für Physik
BetreuerIn: Arndt, Markus
Gesperrt bis: 12 February 2015

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URN: urn:nbn:at:at-ubw:1-29480.89287.971660-2
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Abstract in English

When probing the limits of quantum mechanics with methods of matter wave interferometry the demand for new sources with the ability to provide massive and complex particles arises. Soft laser assisted volatilisation techniques such as laser induced acoustic desorption (LIAD) are promising candidates for this task. In this thesis a LIAD-type source was designed and the results obtained from its in-depth characterisation are presented and discussed. We desorbed molecules within a mass range of 500u to 10,000u from thin foils of different pure metals under varying conditions. The obtained time-of-flight spectra allowed the extraction of most probable velocities and its dependence on desorption laser intensity. Signal stability and yield were investigated as well as the molecular fragmentation. We found that compared to direct laser desorption and matrix assisted laser desorption, LIAD generates neutral molecular beams of lower average velocities, depending on target material and analyte specimen. The molecular fragmentation depends weakly on the power densities applied to the target, but shows a variation with target material. Our observations show a poor signal stability of LIAD in general and indicate a declining yield for increasing particle masses. We investigated techniques to improve the desorption efficiency, and obtained promising results. Additional evidence against purely thermal or mechanical volatilisation mechanism is presented. We also observed that a LIAD plume consists of a large amount of foil material.

Schlagwörter in Englisch

LIAD / laser induced acoustic desorption / characterisation / desorption mechanism / matter wave interferometry

Abstract in German

Um die Grenzen der Quantenmechanik mit den experimentellen Methoden der Materiewelleninterferometrie auszuloten werden Materiestrahlquellen benötigt, die massive und komplexe Partikel zur Verfügung stellen können. Sanfte lasergestützte Volatilisationstechniken wie Laser-induzierte akustische Desorption (LIAD) sind vielversprechende Kandidaten für diese Aufgabe. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine LIAD Quelle entworfen sowie eine ausführliche Charakterisierung derselben vorgenommen. Die resultierenden Ergebnisse werden im Folgenden präsentiert und diskutiert. Wir desorbierten Moleküle im Massenbereich von 500u bis 10.000u von dünnen Folien, gefertigt aus unterschiedlichen reinen Metallen, unter verschiedenen Ausgangsbedingungen. Aus den so erhaltenen Flugzeitspektren extrahierten wir die wahrscheinlichste Geschwindigkeit und ihre Abhängigkeit von der Desorptionslaserintensität. Weiters untersuchten wir die Signalstabilität und Signalhöhe, sowie die Fragmentation der desorbierten Moleküle. Wir beobachteten, dass, verglichen mit direkter Laserdesorption und Matrix gestützter Laserdesorption, die durch LIAD erzeugten elektrisch neutralen Molekularstrahlen langsamer waren, wobei sich hierbei eine Abhängigkeit von Substratmaterial und Analytmolekül zeigte. Die Fragmentierung hing nur schwach von der Intensität des Desorptionslasers ab, aber wies eine Abhängigkeit vom verwendeten Folienmaterial auf. Wir beobachteten weiters eine allgemein schlechte Signalstabilität von LIAD, sowie Anzeichen für eine abnehmende Desorptionseffizienz bei zunehmender Partikelmasse. In der Literatur beschriebene Techniken, die zu einer Verbesserung der desorbierten Molekülmenge führen sollen, wurden von uns ebenfalls untersucht und führten zu vielversprechenden Ergebnissen. Wir präsentieren außerdem neue Indizien die gegen einen rein thermischen oder mechanischen Volatilisationsmechanismus sprechen. Zusätzlich beobachteten wir, dass ein LIAD Desorptionskegel eine große Menge an Folienmaterial beinhaltet.

Schlagwörter in Deutsch

LIAD / Laserinduzierte akustische Desorption / Charakterisierung / Desorptionsmechanismus / Materiewelleninterferometrie

Item Type: Hochschulschrift (Diplomarbeit)
Author: Horak, Johannes
Title: Design and characterisation of a LIAD source in view of matter wave interferometry
Umfangsangabe: 102 S.
Institution: University of Vienna
Faculty: Fakultät für Physik
Publication year: 2013
Language: eng ... Englisch
Supervisor: Arndt, Markus
Assessor: Arndt, Markus
Classification: 33 Physik > 33.05 Experimentalphysik
33 Physik > 33.23 Quantenphysik
33 Physik > 33.38 Quantenoptik, nichtlineare Optik
33 Physik > 33.30 Atomphysik, Molekülphysik
AC Number: AC10847373
Item ID: 26375
(Das PDF-Layout ist ident mit der Druckausgabe der Hochschulschrift.)

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