SFB 1319:  Extremes Licht zur Analyse und Kontrolle molekularer Chiralität (ELCH)

• Fachliche Zuordnung: Physik ; Chemie
• Förderung: Förderung seit 2018
• Webseite: Zur Homepage
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 328961117

Molekulare Chiralität - die Tatsache, dass links- und rechtshändige Versionen eines Moleküls in fast allen physikalischen Eigenschaften gleich sind, sich aber in ihrem chemischen und biologischen Verhalten unterscheiden - ist eine intellektuelle Herausforderung für die gesamten Naturwissenschaften und spielt eine wichtige Rolle in der Medizin. ELCH konzentriert sich auf fundamentale Aspekte der Chiralität, in dem ein Forschungszentrum etabliert wurde, das ein mikroskopisches quantenmechanisches Verständnis chiraler Moleküle in der Gasphase erreichen will. Wir setzen fortschrittlichste Werkzeuge der experimentellen und theoretischen Atom- und Molekülphysik und der Quantenoptik (AMO) ein, um Chiralität von Einzelmolekülen zu untersuchen, zu kontrollieren und zu steuern. Durch elektromagnetische Strahlung sprechen wir Elektronen und Kerne der Moleküle an und schaffen ein einzigartiges lichtgetriebenes Gasphasenlabor für Physik chiraler Moleküle. Zunehmende Kooperationen in FPs 1 und 2 ermöglichten wichtige Schritte hin zu ELCH‘s vier Langfristzielen, die wir in FP3 weiter gehen: (i) Die Kombination von partieller Coulombexplosion mit Photoelektronenzirkulardichroismus (PECD) ermöglicht die Bestimmung absoluter molekularer Konfigurationen und deren Korre-lation zu PECD. (ii) Höchstauflösende Laserspektroskopie wurde als neues Instrument zur Enantiomerenüberschussbestimmung realisiert. Sie ist auf Racemate und Konformerengemische anwendbar. (iii) Die enantioselektive Anregung eines Racemats ist Voraussetzung für die chirale Aufreinigung. Hierfür wurden grundlegende Experimente durchgeführt, die in Kombination mit der Theorie einen großen Schritt hin zur vollständigen Enantiomerentrennung darstellen. (iv) Der Nachweis, dass Laserspektroskopie an kurzlebigen radioaktiven Molekülen möglich ist und eine deutlich erhöhte spektrale Auflösung, eröffnet neue Möglichkeiten für fundamentale physikalische Experimente zur schwachen Wechselwirkung, da paritätsverletzende Wechselwirkungen mit der Ordnungszahl stark zunehmen. ELCH wird in FP3 nun auch Moleküle in definierten Umgebungen untersuchen um neue enantiosensitive Observablen zu identifizieren und den Einfluss von Umgebungen auf bekannte Observablen zu untersuchen. Neben den wissenschaftlichen Zielen verfolgen wir drei weitere Ziele. Strategisches Ziel ist, die AMO-Physik an den beteiligten Standorten zu stärken.

• DFG-Verfahren: Sonderforschungsbereiche

Laufende Projekte

• A01 - PECD- und PICD-Effekte in chiralen und achiralen Molekülen (Teilprojektleiter Schöffler, Markus )
• A04 - Photoelektronen-Zirkulardichroismus als Funktion der Distanz zwischen Emission-sort und Stereozentrum (Teilprojektleiter Ehresmann, Arno ;  Knie, Andre )
• A05 - Kohärente Kontrolle des Zirkulardichroismus in der Ionenausbeute nach Anregung chiraler Moleküle mit maßgeschneiderten Femtosekunden Laserpulsen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Baumert, Thomas ;  Braun, Hendrike )
• A07 - Wechselwirkung von molekularer Chiralität und intermolekularem Coulomb-Zerfall (Teilprojektleiter Hans, Andreas )
• A08 - Chirale Observablen und Dynamik in einer Lösungsmittelumgebung, die Wassermolekül für Wassermolekül anwächst (Teilprojektleiter Mikosch, Jochen )
• A09 - Chiroptik unter kontrollierten Bedingungen der Nano-Solvation und Aggregation in Superfluid-Helium-Nanodroplets (Teilprojektleiter Mudrich, Marcel )
• A10 - Dichroismus bei der laserinduzierten Fragmentierung kleiner (chiraler) Moleküle (Teilprojektleiter Eckart, Sebastian )
• B01 - Chirale Erkennung und Manipulation von transienten Molekülen mittels Coulombex-plosion und Photoelektronenbeugung (Teilprojektleiter Dörner, Reinhard ;  Schöffler, Markus )
• B02 - Enantiomerenunterscheidung, Trennung und Präzisionsuntersuchungen mittels zugeschnittener Mikrowellenfelder (Teilprojektleiterin Schnell, Melanie )
• B04 - Kontrollierte Enantiomerentransformation mit Femtosekunden-Laserpulsen (Teilprojektleiter Senftleben, Arne )
• B07 - Unterscheidung und Strukturbestimmung chiraler Moleküle durch laser-induzierte Elektronenstreuung und -beugung (Teilprojektleiter Mikosch, Jochen ;  Senftleben, Arne )
• B08 - Infrarot Drei-Wellenmischung zum Nachweis eines Enantiomerenüberschusses und Präzisionsspektroskopie von chiralen Molekülen (Teilprojektleiter Fuchs, Guido )
• C01 - Zirkulardichroismus in Photoionisations- und Zerfallsprozessen von zufällig orientierten und im Raum fixierten chiralen Molekülen (Teilprojektleiter Demekhin, Philipp )
• C04 - Signaturen von molekularer Chiralität in der Elektronenhülle (Teilprojektleiter Berger, Robert )
• C05 - Quantenkontrolle chiraler Observablen (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Koch, Christiane ;  Reich, Daniel )
• C06 - Photoneninduzierte chirale Wechselwirkungen zur Detektion und Trennung von Enantiomeren (Teilprojektleiter Buhmann, Stefan Yoshi )
• C07 - Urspung chiroptischer Eigenschaften (Teilprojektleiter von Rudorff, Guido Falk )
• Z01 - Maßgeschneiderte chirale Moleküle (Teilprojektleiter Kargin, Denis ;  Pietschnig, Rudolf )
• Z02 - ELCH – Zentrale Verwaltung (Teilprojektleiter Baumert, Thomas ;  Ehresmann, Arno )

Abgeschlossene Projekte

• A02 - Optische Tunnelionisation in kleinen chiralen Molekülen – Elektron-Ion Koinzidenzmessungen und Untersuchung der Spinpolarisation bei der Ionisation chiraler Moleküle in kurzen Laserpulsen (Teilprojektleiter Dörner, Reinhard )
• A03 - Untersuchung und Kontrolle der gekoppelten Elektron-Kern-Bewegung in chiralen Molekülen mit Femtosekunden-Resonanz-verstärkter Multiphotonen-Ionisation und Photoelektronenspektroskopie (Teilprojektleiter Baumert, Thomas )
• A06 - Chirale Rydberg-Zustände von lasergekühlten Atomen zur Untersuchung von Wechselwirkungen mit chiralen Molekülen (Teilprojektleiter Singer, Kilian )
• B03 - Interne Dynamik chiraler Moleküle im Licht von Infrarot- und Terahertz-Strahlung (Teilprojektleiter Giesen, Thomas )
• B06 - Enantiomerentrennung und Materiewelleninterferometrie mit diskriminierenden optischen Kräften (Teilprojektleiter Wang, Daqing )
• C02 - Photoionisationsdynamik in chiralen Molekülen: Elektronenkorrelationen und Maximierung des chiralen Signals (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Koch, Christiane ;  Reich, Daniel )
• C03 - Trennung und Aufreinigung von Enantiomer-Gemischen mittels Quantenkontrolle (Teilprojektleiterin Koch, Christiane )
• T01 - Förderung des Wissenschaftsverständnisses in Schulen durch den Transfer von ELCH-Aktivitäten (Teilprojektleiterinnen / Teilprojektleiter Di Fuccia, David-Samuel ;  Wodzinski, Rita )

• Antragstellende Institution: Universität Kassel
• Beteiligte Hochschule: Freie Universität Berlin; Goethe-Universität Frankfurt am Main; Philipps-Universität Marburg
• Beteiligte Institution: Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)
• Sprecher: Professor Dr. Thomas Baumert, bis 3/2023; Professor Dr. Arno Ehresmann, seit 3/2023