Phasen- und polarisations-gesteuerte starke Nahfeld-Elektronendynamik bei isolierten Nanopartikeln

• Antragsteller: Dr. Sergey Zherebtsov
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 322422731

Wenig-Zyklen-Laserpulse mit gut definierter trägereinhüllenden Phase (CEP) stellten sich als unerlässliches Werkzeug zur Kontrolle von elektronischen Stark-Feld-Prozessen in Systemen wie Nanopartikeln, Nanospitzen und zusammengesetzten Oberflächen-Nanostrukturen im Nano-Maßstab mit Attosekunden-Zeitauflösung heraus. Unsere vorangegangene Arbeit an isolierten Nanosphären zeigt die Robustheit von CEP-gesteuerten, starken nahfeldbedingten Rekollisionsprozessen in maßgeschneiderten Nahfeldern bis zu einem Intensitätsbereich in dem die nichtlineare Ladungswechselwirkung beträchtlich zum Beschleunigungsprozess beiträgt. In diesem Antrag zielen wir darauf ab, die Wellenformkontrolle der Nahfelddynamiken durch Ausnutzung der Sub-Zyklen-Kontrolle der Laserfeldpolarisation auszuweiten. Hauptziele der vorgeschlagenen Arbeit beinhalten zeitaufgelöste Untersuchungen von starken, feldinduzierten Emissionen von Systemen im Nanomaßstab, sub-Zyklen-aufgelöste Rückverfolgung der optischen Antwort von Materialien im Nanomaßstab und die sub-Zyklen-Kontrolle der direkten und rückgestreuten Elektronen auf Nanometer Skalen. Genauer:1) Wir werden fast-zirkular polarisierte Wenig-Zyklen Laserfelder auf isolierte Nanopartikel anwenden und die Photoemissionabbildung gegen die Polarisationsebene darstellen. Informationen von den winkelaufgelösten Verteilungen werden für die Impuls-Zeit-Darstellung der Photoemissionsprozesse genutzt. Mit dieser Herangehensweise zielen wir auf Zeitauflösung der Elektronenemission an Festkörpern im nicht-adiabatischen Tunnelregime ab.2) Wir planen sub-Zyklen-Transienten von polarisationsgeformten Laserfeldern zu nutzen, um die Nahfeldreaktion von nanoskopischen Systemen durch Darstellung der starkfeldinduzierten Photoemission zu verfolgen. Wir werden die Fundamentale und die zweite Harmonische zirkular-polarisierter Laserpulse mit entgegengesetzter Helizität nutzen, um ein kleeblattförmiges Laserfeld zu gewährleisten. Die Ausrichtung der kleeblattförmigen Feldmaxima ist festgelegt durch die relative Phase zwischen Fundamentaler und zweiter Harmonischer und hängt daher empfindlich von der optischen Antwort des Materials bei diesen Frequenzen ab. Wir werden diese Technik für die Untersuchung der optischen Antwort von isolierten Nanopartikeln im Stark-Feld-Regime anwenden.3) Wir schlagen vor, Wenig-Zyklen-Laserpulse mit linearer und zirkularer Polarisation in den VIS- und NIR-Bereichen für die Erkundung optischer Kontrolle der Photoemission an isolierten Nanopartikeln und Clustern anzuwenden. Mit der Richtungskontrolle der direkten und rückgestreuten Elektronenemission zielen wir darauf ab, Strahlen isolierter Attosekunden-Pulse von Elektronen zu erzeugen. Eine nanoskopische Quelle von optisch kontrollierten Elektronen könnte nicht nur aus fundamentaler Sicht der Laser-Materie-Wechselwirkung von Interesse sein, sondern ebenso in Hinsicht auf Anwendungen in ultraschneller Nanoelektronik und Mikroskopie mit ultrakurzen Elektronenpulsen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr. Matthias Kling