Vollständige Auflösung der Elektronen- und Kerndynamik in elementaren chemischen Reaktionen durch Photoemissionsspektroskopie mit 100 as- bis 10 fs-Pulsen

Die Photoemissionsspektroskopie ist eine bekannte Methode, um die Bindungsenergie, die Zusammensetzung oder die elektronischen Eigenschaften von Materialien zu untersuchen. Die schnellsten chemischen Reaktionen konnten die Wissenschaftler damit allerdings bisher nicht betrachten. Sie verlaufen mit der Geschwindigkeit von Elektronen- und Kernbewegungen, also in etwa 20 Femtosekunden.

Die Wissenschaftler verwenden als Anregungs- und Messstrahl Laser mit Pulsen von 0,1 bis 10 Femtosekunden Länge bei Wellenlängen zwischen 10 und 400 nm, die sie über einen weiten Bereich genau einstellen können. So kurze Pulse ermöglichen es, die Anfangsdynamik von ultraschnellen chemischen Reaktionen zu betrachten. Die exakte Steuerung der Wellenlängen ermöglicht den Wissenschaftlern, verschiedene energetische Anregungszustände zu erzeugen und abzufragen und damit den Energiefluss von einzelnen „Wellenpaketen“ eines angeregten elektronischen Zustands auf die Moleküldynamik zu beobachten.

Die untersuchten Moleküle werden von zweiatomigen, an denen die nichtadiabatische Dynamik nach kohärenter Anregung mehrerer elektronischer Zustände studiert werden wird, bis zu Biomolekülen reichen. In den letzteren soll der Energietransport durch Elektronen- oder Lochbewegungs-Mobilität studiert werden sowie der ultraschnelle Protonentransfer aufgeklärt werden.