Die Nachwuchsgruppe “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 etwas wie eine Sekunde zum Alter des Universums.
Neue Einsicht in immer kleinere mikroskopische Einheiten von Materie und immer schneller ablaufende chemische, physikalische und atomare Prozesse bringt stetigen Fortschritt an der vordersten Front der Wissenschaft. Das Interesse an diesen ultraschnellen Prozessen ist die treibende Kraft für die Entwicklung von Quellen und Messtechniken, die zeitaufgelöste Studien auf immer kürzeren Zeitskalen ermöglichen.

Anrege-/Abfrage Experimente haben sich als direktester Zugang zu zeitaufgelösten Untersuchungen von ultraschnellen mikroskopischen Vorgängen erwiesen: Ein kurzer Anregepuls setzt einen Prozess in Gang und ein Abfragepuls nimmt Schnappschüsse von den folgenden Zuständen in Prozessablauf auf. Der Zugang zu atomaren und molekularen Inner-Schalen-Prozessen direkt im Zeitbereich war bisher durch die benötigte Kombination von kurzen Wellenlängen und einer sub-Femtosekunden Pulsdauer verwehrt. Eine Lösung dieses Problems, das Konzept der Lichtfeld-unterstützten XUV (Extrem Ultraviolet) Photoemission ermöglicht es, entweder den XUV Anrege- oder den XUV Abfragepuls durch ein intensives Laserfeld mit wenigen Oszillationszyklen zu ersetzen. In andere Worten, man verwendet den XUV Puls als Anregung und fragt mit dem Lichtfeld ab oder umgekehrt. Die Hauptvoraussetzung, nämlich die Erzeugung und Messung von sub-Femtosekunden Einzlepulsen im XUV, synchronisiert zu einem intensiven Lichtfeld mit Attosekunden-Präzision, eröffnete Möglichkeiten zur zeitaufgelösten Innerschalen-Spektroskopie von Atomen und Molekülen mit exisitierenden Quellen. Das Ziel der Nachwuchsgruppe ist es, die vorderste Front der Wissenschaft im Bereich der Attosekundentechnologie weiterzutreiben und ihr großes Potential für die Molekularforschung zu demonstrieren, indem direkter Zugang zu elektronischen Bewegungen in molekularen Systemen erreicht wird.

Es wird versucht, Ladungssprünge von Elektronen, die zwischen die Atomkerne von einfachen Molekülen gebunden sind, zu steuern und auf einer Attosekunden-Zeitskala zu messen. Mit diesem Know-How soll der wichtige Prozess der Ladungsmigration, der in größeren und komplexeren Molekülsystemen auf einer Femtosekunden-Zeitskala auftritt, untersucht werden. Elektronentransfer in Proteinen ist ein Thema von großem wissenschaftlichem Interesse. Er spielt nicht nur eine Rolle bei der Photosynthese und bei Donor-Akzeptor Redox Reaktionen, sondern der extrem schnelle Ladungstransfer dient oft als „Energiepumpe“ für biologische Systeme. In diesen komplexen Systemen kann der Ladungstransfer möglicherweise nur durch Elektronenkorrelation angetrieben werden. Die extrem schnelle Antwort zu Beginn des Prozesses passiert auf einer Attosekunden-Zeitskala und konnte bisher zeitlich nicht aufgelöst werden. Wir hoffen, neue Einblicke in diese Prozesse zu erlangen, die für ein großes wissenschafltiches Feld von Interesse sind.

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