Attosekunden-Dynamik

Ultra-schneller Energietransport in Molekülen

Schematische Ansicht eines Photoelektronenspektrometers mit einer magnetischen Flasche. Das inhomogene magnetische Feld führt zur gerichteten Reflexion der Elektronen. Im Hintergrund ein typisches transientes PE-Spektrum

Der Energietransport innerhalb molekularer Dimensionen ist von enormen Interesse für Physik, Chemie, Biologie und Nanotechnologie. Mit Femto- und Atto-Sekunden-Spektroskopie werden wir die Ultrakurzzeit-Dynamik in polyatomaren und biologisch relevanten Molekülen untersuchen. Wie schnell, beziehungsweise wie effizient kann intramolekulare Energie transportiert werden. Dafür regen wir mit UV-Pulsen einen Chromophor an, der seine Energie danach an das restliche Molekül abgibt. Die Messungen werden sowohl an einem wenige Kelvin kalten Molekül-Strahl in der Gasphase, als auch an dünnen, ausgerichteten monomolekularen Schichten (Langmuir-Blodgett-Filme) stattfinden. Die intramolekulare Dynamik soll dabei mit zeitauflösender Photoelektronenspektroskopie untersucht werden, indem das angeregte Molekül nach kurzer Zeit mit einem sehr energetischen Photon ionisiert wird. Das Photoelektronenspektrum gibt Aufschluss über die transienten Zustände im Molekül, die normalerweise sehr schnell und strahlungslos über konische Schnitte zerfallen. Wir verwenden dafür selbstgebaute hochauflösende Elektronenspektrometer wie magnetische Flaschen, hemisphärische Analysatoren und Velocity Map Imaging. Derzeit untersuchen wir insbesondere Oligopetide, d.h. kurze Eiweißbausteine. Diese Art von Molekülen ist von besonderer Relevanz sind für die Molekularbiologie. Es ist bekannt, dass in der Biologie solche Moleküle oft wichtige Funktionen des Energie- oder Ladungs-Transports übernehmen.

Attosekunden-Koinzidenzspektroskopie

COLTRIMS Koinzidenz Spektrometer um die Impulse von Elektronen und Ionen bei der Laser-Materie-Wechselwirkung zu messen. Der untere Bereich vegleicht Argon Monomer und Dimer Photoelektronenimpulse.

In enger Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe von Prof. Krausz, aber auch mit externen Arbeitsgruppen vom MPI für Kernphysik in Heidelberg und vom MBI in Berlin untersuchen wir kleinere Moleküle mit einer neuartigen Attosekunden-Spektroskopie, bei der die ultrakurzen Pulse mit der sogenannten COLTRIMS Technik verheiratet wird. Die COLTRIMS-Technik ist in der Lage, die Impulse aller Bruchteile nach einer Laser-Materie-Wechselwirkung in Koinzidenz zu detektieren. Bisher ist es zwar noch keinem Labor gelungen, Attosekundenpulse erfolgreich mit COLTRIMS zu verbinden. Deshalb konnten wir die weltweit renommiertesten Spezialisten für diese gemeinsame Aufgabe am MPQ gewinnen. Das faszinierendste an unseren Experimenten wird sein, dass wir vollständige Kontrolle über elektromagnetische Felder mit vollständiger Impuls-Detektion der Teilchen verbinden. Bei unseren bisherigen Experimenten konnten wir bereits Doppelspaltinterferenzen der freigesetzten Elektronen an zweiatomigen Molekülen sichtbar machen. Der Effekt eröffnet vielleicht die Möglichkeit, atomare Abstände damit zeitabhängig zu messen, ähnlich wie bei der Elektronen-Beugung. Letztlich sollen aber auch inneratomare Prozesse, wie Augerzerfälle und Shake-up, mit dieser Technik untersucht werden. Parallel dazu führen wir auch Untersuchungen bei vergleichbaren Wellenlängen mit dem sehr intensiven FLASH-Laser am DESY durch. Mit dieser Quellen scheint es möglich, nichtlineare Prozesse im XUV zu studieren.

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Das erste Teil-Projekt findet innerhalb des Exzellenzclusters Munich Advanced Photonics (MAP) in einer Zusammenarbeit mit dem Institut für Biomolekulare Optik (Prof. Riedle) statt. Das zweite Teil-Projekt führen wir gemeinsam mit der AG Ullrich am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg (MPI-AG-Ullrich) durch.