Description and Control of Strong-Field Electronic Dynamics

Die Eigenschaften von Atomen, Molekülen und Clustern werden über deren elektronische Wellenfunktionen definiert. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, diese akkurat beschreiben zu können, um anschließend diese experimentell messen und kontrollieren zu können. Elektronendynamik findet auf einer Zeitskala statt, die in der Größenordnung mehrerer hundert Attosekunden liegt ein Zeitbereich, der unlägst experimentell zugänglich geworden ist. Quantensysteme können unter der Wechselwirkung starker Laserfelder ionisieren und erzeugen dabei elektronische Wellenpalkete. Das freie Elektron folgt in seiner Dynamik den optischen Oszillationen des Laserfelds und kann dadurch wieder auf das Ion treffen, von dem es ausgegangen war. Während Elektron-Atom-Kollision in Lehrbüchern gefunden werden kann, ist der Prozess der Starkfeld-Rekollision nur teilweise verstanden. Da dieses wiedereintreffende Elektron mit dem gleichen Ion kollidiert, von dem es entstammte, spielen Korrelationseffekte eine wichtige Rolle in diesem Prozess. Die Emission höherer harmonischer Strahlung ist beispielsweise ein Resultat dieses kohärenten Prozesses. In einem Teil des geplanten Projektes soll die Funktion und das Ausmaß von Korrelation und Verschränkung untersucht werden. Die Phasenraumverteilung des rekollidierenden Elektrons vor, während und nach der Streuung wird zusätzlichen Aufschluss über die Physik dieses fundamentalen Prozesses geben. In einem nächsten Schritt sollen mit Hilfe von Quantenkontrollalgorithmen die Elektronen- Rekollisionsdynamik manipuliert und gesteuert werden. Besonders soll auf die verschiedenen Laserparameter wie Chirp, Intensität und Elliptizität eingegangen werden. Anhand molekularen Wasserstoffs als Modellsystem soll die korrelierte Dynamik des zweiten Elektrons untersucht und in Hinblick auf Steuerbarkeit und Korrelation analysiert werden. Der zweite Teil des Projektes beschäftigt sich speziell mit konischen Durchschneidungen (in einer Dimension sind dies Kurvenkreuzungen), die von fundamentaler Bedeutung in Chemie und Biologie sind. Spektroskopisch waren diese Systeme bislang nur via Vibrations- oder Absorptions-/Emissionsspektroskopie zugänglich. Im Rahmen dieses Projektes soll die gekoppelte Kern-Elektronendynamik von Kurvenkreuzungen modelliert weden und die Information, die via höhere harmonische Spektren erhalten werden kann, analysiert werden, da diese sehr empfindlich bezüglich der Symmetrie des elektronischen Zustandes sind, aus dem sie stammen.