Modelle für die Erzeugung und Messung von Attosekunden-Lichtpulsen und Elektronendynamik in Atomen

Um die schnellen Bewegungen von Elektronen in Atomen, Molekülen und Festkörpern direkt messen zu können, sind Attosekunden-Lichtblitze die eleganteste Lösung. Die Interpretation solcher Messungen ist allerdings eine echte Herausforderung, die umfangreiche Simulationen und Näherungsrechnungen erfordert. Dafür müssen sowohl bekannte theoretische Methoden verändert als auch neue Modelle entwickelt werden.

Wichtigste Grundlage aller Experimente ist jedoch zunächst, diese Attosekunden-Lichtblitze erst einmal zu erzeugen. Sobald kürzere und intensivere Lichtpulse im fernen UV bis hin zum weichen Röntgenstrahlbereich zur Verfügung stehen, können eine Vielzahl noch nicht untersuchter Effekte gemessen werden. Die Aufgabe der Theoretiker ist es Modelle zu entwickeln, mit deren Hilfe die Experimentalphysiker dann neue Möglichkeiten finden, solche Lichtpulse herzustellen (siehe Projekt C.1.1). Deren Ergebnisse wiederum dienen dazu, die Modelle zu verfeinern, neue Algorithmen zu entwerfen und die Ergebnisse korrekt auszuwerten. Trivial sind solche Fragen keinesfalls. Die Wechselwirkungen von Elektronen in einem Atom oder Molekül führen zu sehr komplizierten Bewegungen, vor allem, wenn die Elektronen durch einen starken Laserpuls angetrieben werden. Eine quantenmechanische Beschreibung solcher Bewegungen stellt eine große Herausforderung für die Theorie dar und ist eine Voraussetzung dafür, das Verhalten von Elektronen zu verstehen und ultraschnelle Vorgänge steuern zu können.

Key collaborators:
C. A. Nicolaides (National Hellenic Research Foundation, Athens, Greece)
J. Burgdörfer (Technische Universität Wien, Austria)
R. de Vivie-Riedle (Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany)
A. Scrinzi (Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany)

Referenzen:
[1] V. S. Yakovlev, M. Ivanov, F. Krausz. Enhanced phase-matching for generation of soft X-ray harmonics and attosecond pulses in atomic gases Optics Express 15, 153511-15364 (2007)
[2] E. Goulielmakis, M. Schultze, M. Hofstetter, V. S. Yakovlev, J. Gagnon, M. Uiberacker, A. L. Aquila, E. M. Gullikson, D. T. Attwood, R. Kienberger, F. Krausz, U. Kleineberg. Single-Cycle Nonlinear Optics. Science 320, 1614-1617 (2008)
[3] J. Gagnon, E. Goulielmakis, V. S. Yakovlev. The accurate FROG characterization of attosecond pulses from streaking measurements. Appl. Phys. B 92, 25-32 (2008)
[4] J. Gagnon, Vladislav S. Yakovlev, The robustness of attosecond streaking measurements. Optics Express 17, 17678-17693 (2009)