Dissoziation und Ionisation zweiatomiger Moleküle in Laserfeldern - Volldimensionale ab-initio Beschreibung mit Elektronen-Kern Korrelationen

• Antragsteller: Professor Dr. Rüdiger Schmidt (†)
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280059503

Anliegen des Projektes ist die Erweiterung der kürzlich entwickelten "Non-Adiabatic Quantum Molecular Dynamics with Hopping" (NA-QMD-H) Methode, um ein externes Laserfeld explizit in der theoretischen Beschreibung während der nuklearen Moleküldynamik in harmonischen, beliebig langen Laserpulsen berücksichtigen zu können. Der neue Zugang wird es erlauben, simultan die lasergetriebene Dissoziation und Ionisation komplexer Moleküle volldimensional, d.h. incl. Rotation, Vibration und elektronischer Anregung, unter Berücksichtigung von Quanteneffekten in der Kernbewegung und ab-initio zu beschreiben. Er entspricht damit einer approximativen Lösung der vollen zeitabhängigen Schrödingergleichung für Kerne und Elektronen und stellt das ultimative Ziel einer langjährigen Entwicklung und permanenten Weiterentwicklung der Dresdner NA-QMD Methode dar (siehe Abschnitt Eigene Vorarbeiten).Dieses Ziel soll durch eine approximativ quantenmechanische Behandlung der Kerne erreicht werden, wobei klassische Trajektorien auf quantenmechanisch bestimmten Energieflächen propagiert werden. Entscheidend ist dabei die Wahl dieser Flächen. In der geplanten Methode sollen Floquetflächen (während des Laserpulses) und Born-Oppenheimer Flächen (für die Relaxationsdynamik nach dem Puls) zur Anwendung kommen. In Verknüpfung mit quantenmechanisch bestimmten Übergangsraten zwischen einzelnen Flächen ("Hopping") soll dies eine akkurate Beschreibung der lasergetriebenen Dynamik des Moleküls einschließlich von Elektron-Kern Korrelationen erlauben. Für das H2+ Molekül liegen uns dazu erste Erfahrungen vor. Die anspruchsvolle Erweiterung der Methode auf zweiatomige Mehrelektronenmoleküle ist das engere Ziel des vorliegenden Projektes. Dazu sollen erstmals Dichtefunktionaltheorie-Floquetflächen des zum Molekül korrespondierenden Kohn-Sham Systems verwendet werden. Ein weiterer zentraler, neuer Punkt der Methode ist die Beschreibung der Photoionisation durch Hopping zwischen Flächen des neutralen, einfach und mehrfach ionisierten Moleküls, wodurch eine vollständige Beschreibung aller (relevanten) Ionisationskanäle ermöglicht werden soll. Für das Projekt besteht ein Kooperationsabkommen mit dem Max-Planck-Institut für Kernphysik (MPIK) Heidelberg (siehe Anlage). Dort werden kinematisch vollständige Experimente zur Dissoziation und Ionisation mit einem Reaktionsmikroskop durchgeführt. In Absprache mit dem MPIK werden zunächst konkrete Rechnungen für Argon Dimere (später auch für andere Edelgase sowie N2 und O2) durchgeführt, um diese mit den Experimenten zu vergleichen, bzw. die Experimente zu interpretieren. Mit der neuen Methode werden des Weiteren Rechnungen zur Interpretation von Pump-Probe Experimenten unter expliziter Berücksichtigung des Pump- und des Probe-Pulses durchgeführt. Ein gemeinsames Ziel ist es, unter anderem, zu klären, inwieweit die Moleküldynamik durch gezielte Wahl der Laserparameter steuerbar ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Kooperationspartner: Privatdozent Dr. Robert Moshammer