Elektronenemission aus H2+ Ionen in starken Laserpulsen
Final Report Abstract
Ziel des Projektes war, die Ionisation des einfachsten Moleküls (H2+) in starken femtosekunden Laserpulsen zu untersuchen. Wir hatten uns vorgenommen, erstmals diesen fundamentalen Ionisationsprozess kinematisch vollständig zu vermessen und damit ein Benchmarkexperiment für die Molekülphysik in starken Feldern durchzuführen. Der Nachweis der Protonen (Winkelverteilung und kinetik energy release (KER)), die bei der Ionisation von H2+ freigesetzt werden, war schon anderen Arbeitsgruppen vor unserem Projekt gelungen. Zusätzlich das freigesetzte Elektron in Koinzidenz zu detektieren, war die große experimentelle Herausforderung dieses Projektes. Der im Projekt beschäftigte Doktorand, Matthias Odenweller, hat die dafür nötige aufwendige Apparatur konstruiert und aufgebaut und dieses extrem schwierige Experiment gemeistert. Herr Odenweller hat die im Antrag beschriebene Strategie zur Trennung der gesuchten Elektronen aus dem extrem dünnen H2+ Ionenstrahl von den vielen Elektronen aus dem Restgas konsequent umgesetzt. Er hat ein Experiment mit gekreuzten Strahlen (Laser- und Ionenstrahl aus einem van de Graaff Beschleuniger) aufgebaut. Die aus dem schnellen Strahl emittierten Elektronen wurden damit soweit im Impulsraum verschoben, dass er sie vom Untergrund trennen konnte. Zur Interpretation der Daten haben wir mit Andreas Becker (JILA) zusammengearbeitet. Mit Hilfe der Lösungen der zeitabhängigen Schrödingergleichung konnten wir die überraschenden Beobachtungen detailliert erklären. Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit ist, dass das bis dahin meist verwendete Bild von gebundenen Elektronen, die erst nach der Ionisation vom Laserfeld getrieben werden, bei H2+ zusammenbricht. Stattdessen beobachtet man, dass das Laserfeld die Elektronen noch im Molekülverband sehr stark treibt, so dass sie dann mit einem signifikanten Startimpuls ins Kontinuum „schwappen“. Für seine auch technisch herausragende Promotion wurde Herr Odenweller mit dem Gernot und Carin Frank-Preis des Frankfurter Fördervereins für physikalische Grundlagenforschung ausgezeichnet (mit diesem Preis wird jedes Jahr die beste Dissertation am Fachbereich Physik der Goethe Universität geehrt). Diese Experimente führten schließlich zu zwei weiteren Arbeiten, diesmal allerdings an neutralem H2, in denen wir die Energieaufteilung zwischen Elektron und ionischen Fragmenten sowie die Phasenabhängigkeit der Dissoziation untersucht haben.
Publications
- Strong Field Electron Emission from Fixed in Space H2+ Ions Phys. Rev. Lett., 107, 143004 (2011)
M. Odenweller, N. Takemoto, A. Vredenborg, K. Cole, K. Pahl, J. Titze, L. Ph. H. Schmidt, T. Jahnke, R. Dörner, and A. Becker
- Electron-Nuclear Energy Sharing in Above-Threshold Multiphoton Dissociative Ionization of H2 Phys. Rev. Lett., 111, 023002 (2013)
J. Wu, M. Kunitski, M. Pitzer, F. Trinter, L. Ph. H. Schmidt, T. Jahnke, M. Magrakvelidze, C. B. Madsen, L. B. Madsen, U. Thumm, and R. Dörner
(See online at https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.111.023002) - Understanding the role of phase in chemical bond breaking with coincidence angular streaking Nature Communications, 4, 2177 (2013)
J. Wu, M. Magrakvelidze, L. Ph. H. Schmidt, M. Kunitski, T. Pfeifer, M. Schöffler, M. Pitzer, M. Richter, S. Voss, H. Sann, H. Kim, J. Lower, T. Jahnke, A. Czasch, U. Thumm, and R. Dörner
(See online at https://doi.org/10.1038/ncomms3177)
