Lasergetriebene Elektronendynamik in Molekülen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Tillmann Klamroth; Professor Dr. Peter Saalfrank
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417582245

Ultrakurze, oft maßgeschneiderte Laserpulse erwiesen sich in der Vergangenheit zur Aufklärung der Dynamik von Elektronen in Atomen, kleinen Molekülen und an Festkörperoberflächen auf deren natürlicher Zeitskala von Attosekunden als sehr erfolgreich. In diesem Projekt werden mit dem Ziel, Beiträge zu einer "Attosekundenchemie'' zu leisten, korrelierte, wellenfunktionsbasierte zeitabhängige Methoden angewendet und weiterentwickelt, um die laser-stimulierte Vielelektronendynamik in Molekülen zu verfolgen und aktiv zu kontrollieren -- von kleinen bis zu recht großen Molekülen.Insbesondere wird überwiegend ein Time-Dependent Configuration Interaction (TD-CI) Ansatz in der Näherung festgehaltener Kerne und in Atomorbitaldarstellung verfolgt, der einerseits ökonomisch ist, andererseits auch quantenchemisch schwierige Fälle wie langreichweitigen Ladungstransfer oder statische Elektronenkorrelation behandeln kann. Zur Verfeinerung dieses Ansatzes werden verschiedene Verfahren zur Berücksichtigung von Ionisationsverlusten, der Kernbewegung und von Umgebungseinflüssen verwendet.Die TD-CI-Methode soll für größere Moleküle auch mit dichtefunktionalbasierten Verfahren sowie für sehr einfache Moleküle mit einer numerisch "exakten" Lösung der molekularen Schrödingergleichung verglichen werden. Die zu verwendenden ultrakurzen Laserpulse sind entweder von analytischer Form oder werden mit Hilfe unterschiedlicher Optimierungsmethoden erzeugt, v. a. mit Optimal Control Theory (OCT) und stochastischer Pulsoptimierung (Stochastic Pulse Optimization (SPO)).Zwei Anwendungsfelder sollen bearbeitet werden: 1. Die Erzeugung und Kontrolle von elektronischen Wellenpaketen sowie 2. die nicht-lineare Antwort eines molekularen Systems auf Laserstimulation und deren aktive Kontrolle. Die Kontrolle von Wellenpaketen dient dabei der gezielten Lenkung der Elektronenbewegung in Molekülen, mit spezifischen Zielen: dem gerichteten, langreichweitigen Ladungstransfer und -- als bisher rein hypothetisches Konzept -- der aktiven Kontrolle der Elektronenkorrelation in Molekülen.Im Zusammenhang mit der nicht-linearen Antwort ist High Harmonic Generation (HHG) in Molekülen von besonderem Interesse. Speziell sollen Möglichkeiten und Grenzen der HHG als Werkzeuge zur spektroskopischen Diskriminierung organischer Isomere oder zur Erzeugung ultrakurzer Laserpulse untersucht werden. Für kleinere molekulare Systeme ist zudem die aktive Kontrolle der HHG durch Pulsoptimierung und das Verständnis der Effekte der Ionisation und der Kernbewegung auf HHG von Interesse.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen