Photodissociation and relaxation dynamics of small Polycyclic Aromatic Hydrocarbon (PAH) monomer and dimer cations stored in electrostatic ion storage rings
Photodissociation et dynamique de relaxation de monomères et dimères de petits hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) stockés dans des anneaux de stockage électrostatiques
Résumé
Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) are ubiquitous complex molecules present in different regions of the universe. They are expected to be possible carriers of the unidentified infrared bands and emitters of the diffuse interstellar bands. The energy relaxation dynamics of such isolated species are of particular interest in understanding their lifetime, stability, and role in the universe. Electrostatic storage devices, such as Mini-Ring and DESIREE used in the present work have proven to be powerful tools to investigate such isolated molecules over long time observation up to seconds in ultrahigh vacuum. Ion beams of cationic PAHs monomer and dimer were produced using electron cyclotron resonance ion sources under special tuning conditions and stored in the two storage rings. The present results about phenanthrene cation confirmed the existence of a fast radiative cooling attributed to recurrent fluorescence. Conversely, for PAH dimer cations, the radiative cooling process is much slower than for monomer cations because of the absence of the recurrent fluorescence process. The photodissociation spectra of dimer cations show two peaks attributed to the charge resonance (CR) and the local excitation bands. These spectra are interpreted using a semi-empirical model and DFTB-EXCI theory. Naphthalene dimer cations were stored up to 30 s in the cryogenic ring DESIREE. The evolution of the CR line was measured as a function of storage time. The time evolution of the center of the CR line is used to estimate the cooling rate of the naphthalenedimer cation.
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) sont des molécules complexes présentes dans différentes régions de l'univers et supposées être à l’origine des bandes infrarouges non identifiées et des bandes interstellaires diffuses. La dynamique de relaxation de ces espèces isolées est d'un intérêt particulier pour comprendre leur durée de vie, leur stabilité et donc leur rôle dans l'univers. Les dispositifs de stockage électrostatique, comme Mini-Ring et DESIREE ont récemment démontré leur efficacité pour étudier ces molécules isolées sur de très longues durées (jusqu’à 1 s). Des faisceaux de monomères et dimères de HAP cationiques ont été produits en utilisant une source à résonance cyclotron électronique, puis stockés dans ces anneaux électrostatiques. Les résultats pour le phénanthrène ont confirmé l’existence d’un refroidissement radiatif rapide attribué à la fluorescence récurrente. Inversement, pour les cations dimères de HAP, le processus de refroidissement radiatif est beaucoup plus lent que pour les monomères en raison de l'absence du processus de fluorescence récurrente pour les dimères. Le spectre de photodissociation des dimères de 400 à 2000 nm contient deux bandes : l'une est attribuée à la résonance de charge (RC), l’autre à l'excitation locale. Ces spectres sont interprétés à l’aide d’un modèle semi-empirique et de la théorie DFTB-EXCI. Les cations de dimère de naphtalène ont été stockées jusqu’à 30 s dans l’anneau cryogénique DESIREE. L’évolution de la bande RC a été étudiée en fonction du temps de stockage. L’évolution temporelle du centre de la bande RC est utilisée pour estimer le taux de refroidissement du dimère de naphtalène cationique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)