Bereich A: Attosekundenphysik

Direktor: Prof. Dr. M. Vrakking, Freie Universität Berlin

Die Forschungen im Bereich A widmen sich der Entwicklung und Anwendung von Attosekunden-Lichtquellen in den Wellenlängenbereichen XUV und weicher Röntgenstrahlung, die auf der Erzeugung Höherer Harmonischer basieren. Zur Anwendung kommen dabei sowohl Ti:Sa Femtosekunden-Laser als auch Verfahren der optisch parametrischen Verstärkung. Die Quellen werden verwendet, um zeitabhängige Licht-Materie-Wechselwirkungen in einem breiten Wellenlängenbereich von THz bis XUV zu untersuchen. Zu den Hauptzielen gehören die Echtzeitvisualisierung und -kontrolle der ultraschnellen Elektronendynamik auf ihrer natürlichen Attosekunden-Zeitskala mittels Attosekunden-Pump-Probe-Spektroskopie. Weitere Forschungsschwerpunkte liegen auf den Grundlagen extremer nichtlinearer Phänomene, der feldgetriebenen Elektronendynamik, der Erzeugung höherer Harmonischer und der starken Feldionisation.

Der Bereich A ist untergliedert in drei Abteilungen:

Department Department Head
A1Prozesse in starken Feldern bei extremen WellenlängenArnaud Rouzée
A2Ultrakurzzeit XUV-PhysikOleg Kornilov
A3Ultrakurzpulslaser und Nichtlineare OptikTamás Nagy

Die Bezeichnungen der Abteilungen weisen auf das jeweilige Know-how hin, welches in Bereich A verfügbar ist.

Zusammengefasst können die Kompetenzfelder wie folgt beschrieben werden:

Experiment

  • Entwicklung von Femtosekunden-Lichtquellen, die auf Lasertechnologien und Verfahren der parametrischen Verstärkung beruhen, Spitzenwerte erzielen und für die Erzeugung höherer Harmonischer optimiert sind.
  • Kompressionstechniken für die Impulserzeugung mit wenigen Zyklen bei hoher Energie und mittlerer Leistung in einem breiten Wellenlängenbereich vom mittleren Infrarot bis UV.
  • Entwicklung und Charakterisierung ultrakurzer XUV- und weicher Röntgenimpulse, die die Attosekunden-Zeitskala erreichen (ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde!)
  • Untersuchung der kohärenten Elektronendynamik in endlichen Quantensystemen, von kleinen Molekülen bis zu großen Nanopartikeln und Clustern
  • Echtzeituntersuchung ultraschneller Moleküldynamik auf der Basis von XUV und weicher Röntgenstrahl-Pump-Probe-Spektroskopie, sowohl in der Gasphase als auch in Lösung
  • Feldgesteuerte Attosekunden-Elektronendynamik in Atomen und Molekülen
  • Grundprinzipien der lasergesteuerten Mikrobearbeitung und -produktion in der Masse wie an der Oberfläche mithilfe von Laserimpulsen mit wenigen Zyklen, einschließlich der Erzeugung höherer Harmonischer in Festkörpern
  • Starke Feldphänomene, einschließlich starker Feldionisierung / Dissoziation von Atomen, Molekülen und Clustern, feldgesteuerte Rekombination und Rekollision von Elektronen
  • VMI (velocity map imaging) und Koinzidenzspektroskopie für die zeitaufgelöste Photoion- und Photoelektronenspektroskopie auf der Atto- und Femtosekundenzeitskala.

Theorie

  • Simulation der Ab-initio-Molekulardynamik basierend auf zeitabhängiger Auflösung im Ionenzustand (TD-RIS)
  • Attosekunden-Spektroskopie in Atomen und Molekülen
  • maßgeschneiderte Attosekunden-Impulserzeugung und -charakterisierung

Im Rahmen der Forschungsstruktur des MBI beteiligen sich Wissenschaftler des Bereichs A an folgenden Projekten: