Leiter: Prof. Dr. Reinhard Kienberger

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Die ERC Forschungsgruppe "Attosekundendynamik" untersucht Prozesse in Atomen und Molekülen auf der kürzesten derzeit erreichten Zeitsakala, der Attosekunden-Zeitskala. Eine Attosekunde entspricht 10^-18 Sekunden und verhält sich zu einer Sekunde etwa wie eine Sekunde zum Alter des Universums.

 

Neue Einblicke in immer kleinere mikroskopische Einheiten der Materie sowie die Auflösung immer kürzerer chemischer, physikalischer und atomarer Prozesse ermöglichen es Wissenschaftlern, stetige Fortschritte zu erzielen. Das Interesse an diesen ultraschnellen Prozessen ist die treibende Kraft für die Entwicklung von Lichtquellen und Messtechniken, die zeitaufgelöste Studien auf immer kürzeren Zeitskalen ermöglichen.

 

Als ein besonders direkter Zugang zu zeitaufgelösten Untersuchungen von ultraschnellen mikroskopischen Vorgängen haben sich Anrege-/Abfrage-Experimente erwiesen: Dabei setzt ein kurzer Anregepuls einen Prozess in Gang, und ein Abfragepuls macht Schnappschüsse von den darauf folgenden Zuständen. Der Zugang zu atomaren und molekularen Inner-Schalen-Prozessen direkt im Zeitbereich war bisher durch die hierfür benötigte Kombination von kurzen Wellenlängen und einer Sub-Femtosekunden-Pulsdauer verwehrt. Eine Lösung dieses Problems, das Konzept der Lichtfeld-unterstützten XUV (Extrem Ultraviolett)-Photoemission, ermöglicht es, entweder den XUV Anrege- oder den XUV Abfragepuls durch ein intensives Laserfeld mit wenigen Oszillationszyklen zu ersetzen. Mit anderen Worten, man verwendet den XUV Puls als Anregung und macht den "Schnappschuss" mit dem Lichtfeld, oder umgekehrt. Die Hauptvoraussetzung dafür ist die Erzeugung und Messung von Sub-Femtosekunden-Einzelpulsen im XUV, die mit Attosekunden-Präzision mit einem intensiven Lichtfeld synchronisiert sind. Sie eröffnet Möglichkeiten zur zeitaufgelösten Innerschalen-Spektroskopie von Atomen und Molekülen mit bereits existierenden Lichtquellen.

 

Das Ziel der ERC Forschungsgruppe ist es, die Attosekundentechnologie, die am Max-Planck-Institut für Quantenoptik ohnehin weltweit eine einmalige Stellung einnimmt, in Richtung auf die Erforschung der elektronischen Bewegung in molekularen Systemen weiter zu entwickeln. So ist z. B. der extrem schnelle Elektronentransfer in Proteinen, der oft auch als „Energiepumpe“ für biologische Systeme dient, ein Thema von großem wissenschaftlichen Interesse. Wir hoffen, in diese Prozesse, die sich auf einer Attosekunden-Zeitskala abspielen und bisher zeitlich nicht aufgelöst werden konnten, neue Einblicke zu erlangen. Ein weiteres Betätigungsfeld ist die Auflösung ultraschneller Prozesse in Festkörpern, die wichtige Fortschritte in Bereichen wie Molekular-Elektronik oder Photovoltaik erhoffen lässt.

 

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