07.05.2018

Elektronen im Laserfeld

Elektronen behalten nach einer Ionisierung Information über ihren Ausgangszustand. 

Wissenschaftler vom Max-Born-Institut in Berlin haben durch eine Kombi­nation modernster Experi­mente und numerischer Simu­lationen eine grund­legende Annahme der Starkfeld-Physik untersucht. Ihre Ergebnisse verfeinern unser Verständnis von starkfeld­getriebenen Prozessen, wie der Erzeugung hoher Harmo­nischer und der laser­induzierten Elektronen­diffraktion.

Abb.: Freigesetzte Elektronenwellenpakete kurz nach der Starkfeldionisierung von Elektronen in 1,3-trans-Butadien. (Bild: MBI)

Starke Laser­pulse im Infrarot­bereich können ein Elektron aus einem Molekül herauslösen, es dann in den freien Raum hinaus­beschleunigen und seine Bewegungs­richtung umkehren und es schließlich wieder mit dem Molekül zur Kollision bringen. Diese Prozesse bilden das Dreischritt­modell, das innerhalb der Starkfeld- und Atto­sekunden-Physik breite Anwendung findet. Bei der Rekom­bination kann das Elektron dann etwa mit seinem Mutter­ion rekom­binieren, was zur Erzeugung hoher Harmo­nischer führt, oder elastisch an ihm streuen, wie bei der laser­induzierten Elektronen­diffraktion.

Eine häufig gebrauchte grund­legende Annahme in der Atto­sekunden-Physik ist, dass die ursprüng­liche Struktur des ioni­sierten Elektrons im Propagations­schritt ausge­waschen wird, das Elektron also die Information über das Orbital, aus dem es stammt, verliert. Bis jetzt wartete diese Annahme in Molekülen noch auf ihre Überprüfung. Eine kombi­nierte experi­mentelle und theore­tische Studie am Max-Born-Institut hat nun die starkfeld­getriebene Elektronen­rekollision im Molekül 1,3-trans-Butadien untersucht.

Bei diesem Molekül führt die Wechsel­wirkung mit dem Laserfeld vor allem zur Ioni­sierung der beiden am schwächsten gebun­denen Elektronen, die sehr unter­schiedliche Dichten aufweisen. Die anspruchs­vollen Experimente und Simu­lationen ermöglichten es den Wissen­schaftlern, für beide zurück­kehrenden Elektronen getrennt die Rückstreu­wahrschein­lichkeit in große Streu­winkel zu bestimmen. Sowohl im Experiment als auch in den Simu­lationen unterschied sich diese Wahrschein­lichkeit deutlich zwischen den beiden Elektronen. Diese Befunde zeigen klar, dass die zurück­kehrenden Elektronen struk­turelle Informa­tionen über ihren Ausgangs­zustand enthalten.

MBI / JOL

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