Theory of laser-assisted and laser-induces processes in few-electron atomic and molecular systems
Final Report Abstract
Die Quantendynamik von atomaren und molekularen Systemen ist ein sich rasant entwickelndes Forschungsfeld mit vielfältigen Ausstrahlungen auf andere Gebiete und Anwendungen. Beispielsweise ist sie grundlegend für das mikroskopische Verständnis der Dynamik chemischer Reaktionen und für die Erforschung der Dynamik komplexerer Systeme der Nanowelt, wie sie Cluster oder Quantenpunkte darstellen. Das Projekt Theory of laser-assisted and laser-induced processes in few-electron atomic and molecular systems hatte zum Ziel, die Auswirkungen von Laserfeldern auf lon-Atom-Stöße und auf kleine Moleküle zu untersuchen. Insbesondere die Quantendynamik der Elektronen stand im Zentrum der Arbeiten, die von verschiedenen Aspekten motiviert wurden. Erstens hat eine große Zahl von Untersuchungen gezeigt, dass atomare und molekulare Systeme sehr gut geeignete Kandidaten zur Aufklärung der Dynamik von elektronischen Prozessen sind, die auf einer Zeitskala von Femtosekunden und darunter ablaufen. Zweitens erscheint es lohnend, nach Möglichkeiten für eine gezielte Manipulation und Kontrolle dieser Prozesse durch geeignete Laserfelder zu suchen. Drittens sind gut fundierte theoretische Voraussagen über observable Effekte die Voraussetzung dafür, dass bislang ausstehende experimentelle Untersuchungen laserassistierter lon-Atom-Stöße in Angriff genommen werden. Mit den heute zur Verfügung stehenden experimentellen Techniken sollte dies möglich sein. Aufbauend auf eigene Vorarbeiten sind wichtige Fortschritte erzielt worden, die Potential für weitergehende Untersuchungen besitzen. So konnte gezeigt werden, dass sich der Elektronentransferkanal in langsamen lon-Atom-Stößen signifikant durch ein geeignetes Laserfeld beeinflussen lässt. Auf der Grundlage des Dichtefunktionalkonzepts zur Beschreibung des quantenmechanischen Vielteilchenproblems wurde erstmalig für die Atome Neon und Argon eine deutliche Erhöhung dieses Prozesses für realistische Laserparameter vorausgesagt. Dieses Ergebnis sollte im Gegensatz zu früheren theoretischen Resultaten direkt experimentell überprüfbar sein. Außerdem wurde eine Erweiterung einer für Stöße gut erprobten Methode erarbeitet, die sich auf Laser-Molekül-Wechselwirkungen anwenden lässt. Exemplarisch wurden die Ionisation und Anregung eines Einelektronensystems untersucht, um die Methode zu validieren. Nachdem dies gelungen ist, sind wichtige Schritte zur Anwendung auf interessante Moleküle wie N2, O2 und CO unternommen worden. Auch für diese Untersuchungen, die noch nicht abgeschlossen sind, spielt das Dichtefunktionalkonzept eine Rolle. Es wird in Zukunft möglich sein, verschiedene konkrete Modelle zur Beschreibung der Potentialverhältnisse zu verwenden und die Ergebnisse einander und existierenden experimentellen Daten gegenüberzustellen. Damit kann einerseits ein Beitrag zur Bewertung der sehr populär gewordenen Dichtefunktionaltheorie für zeitabhängige Systeme geleistet werden und andererseits die Interpretation der Elektronendynamik in Molekülen weiter vertieft werden. In einigen Nebenuntersuchungen wurden weitere Aspekte der Elektronendynamik in atomaren Systemen beleuchtet. So wurde die Projektilstreuung und die Auswirkung möglicher Augerprozesse auf entsprechende differentielle Wirkungsquerschnitte untersucht. Dabei konnte eine lang bestehende Diskrepanz zwischen verschiedenen experimentellen Datensätzen aufgeklärt werden. Außerdem wurde die Optimierung von Anregungs- und lonisationsprozessen mittels eines genetischen Algorithmus untersucht. Derartige Algorithmen bilden die bekannten evolutionären Prinzipien wie Mutation und Auslese nach und sind in den letzten Jahren als vielfältig einsetztbare stochastische Optimierungsverfahren populär geworden. Mit dieser Arbeit wurde ein Grundstein für mögliche Folgeuntersuchungen an größeren Systemen gelegt.
Publications
- 2007, Angular differential cross sections for multiple ionisation of rare gas atoms by protons with inclusion of Auger-like processes, in: Abstracts of Contributed Papers of the XXV. International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, XXV ICPEAC (Freiburg), herausgegeben von J. Anton et al.
T. Spranger, M. Zapukhlyak und T. Kirchner
- 2007, Angular differential cross sections for multiple ionization of rare gas atoms by protons with inclusion of Auger-like processes, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 40, 1081
T. Spranger, M. Zapukhlyak und T. Kirchner
- 2007, Ionization of HeH2+ quasimolecule by interaction with short strong laser pulse, in; Abstracts of Contributed Papers of the XXV. International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, XXV ICPEAC (Freiburg), herausgegeben von J. Anton et al.
L. F. Menchero, T. Kirchner und H. J. Lüdde
- 2007, Laser-field enhanced electron transfer in bare ion collisions from neon and argon atoms, in: Abstracts of Contributed Papers of the XXV. International Conference on Photonic, Electronic and Atomic Collisions, XXV ICPEAC (Freiburg), herausgegeben von J. Anton et al.
T. Kirchner und M. Ehrhardt
- 2007, Laser-field enhanced electron transfer in p-Ne and p-Ar collisions, Phys. Rev. A 75, 025401
T. Kirchner
- 2009, Extension of the basis generator method for application to laser-molecule interactions, Phys. Rev. A 79, 023416
L. Fernández-Menchero, T. Kirchner und H.J. Lüdde
