1. Atome als Quantenmechnische Teilchen
1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice
1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen:
1.2.1.
Elektronen
1.2.2.
Atome, Moleküle
1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission
1.4. Beispiel H2
1.5. Lichtgitter
1.6. Atomspiegel
2. Wechselwirkung mit Atomen
2.1. Photon-Atom Wechselwirkung
2.1.1.
Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt,
2.1.2.
Winkel- und Energieverteilungen
2.1.3.
Doppelanregung, Interferenzeffekte
2.1.4.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und
Winkelverteilungen
2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere
Drehimpulse
2.2. Atome in starken Laserfeldern
2.2.1.
Multiphotonenionisation
2.2.2.
Tunnelionisation
2.2.3.
Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,
hochenergetische Elektronen, Doppelionisation
2.2.4.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien
2.3. Ion-Atom Stöße
2.3.1.
Elektronentransfer
2.3.2.
Ionisation
2.3.3.
Mehrelektronenprozesse
Born Oppenheimer Näherung
re
Rpp(Kernabstand)
Kernwellenfunktion
Elektronische
Wellenfunktion
R nur Parameter
Näherung:
Harmonischer
Oszillator
Potential
Wie sieht die Wellenfunktion
dazu aus?
Measure the internuclear distance: Reflection Approximation
h
Elektronenenergie
E
CO+(C1s)
300meV
1.08 Å
CO
1.13 Å
Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules
Polarization
e- from K-shell,
10eV Energy
h = 295 eV
C
O
molecular
orientation
measurement
Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules
Auger
Electron
250 eV
Photoelectron
h = 295 eV
(10eV)
C
O
C
O
He + 99eV -> He1+(1S) + e-
Interference between different
classical paths (diffraction pattern)
Polarization
O
C
h
He + 99eV -> He1+(1S) + e-
Interference between different
= 1 (diffraction pattern)
classical L
paths
(within dipole
approximation)
Entangled State
h =rotating
295 eV Molecule
of
and Electron
+
Polarization
O
C
h
h
O
C
h
O
C
h
F ( , , ) 
eOe 
C


  A Y ( , ) cos( )

 l  0...4 lm lm e e

 m0
2


  A Y ( , ) sin( )  h
lm lm e e
 
l 1...4

m1,1

O
C
Chirality in Nonmagnetic Systems?
Chiral many body,
intial states
oriented molecules
initial
state
final
state
Theoretical Prediction: Dubs, McCoy PRL 45 (1985)
Pioneering Experiment:
Circular Dichroism CO on surface
Schönhense et al
Circular Dichroism from Aligned Molecules?
9 eV K-Shell N2
Circular light measures
PHASE SHIFTS (parallel/perp)
Jahnke et al, PRL 88(2002)073002
Zwischen Atomen und Molekülen:
van der Vaals Cluster
Inter Atomic Coulombic Decay
1. Wie können Atome innere Energie abgeben?
2. Beeinflußt die Umgebung die Eigenschaften des Atoms?
Pierre
Auger 1925
Decay processes of electronically excited
particles:
2s2p
1s1s
Energy
Energy
Flourescence decay
Auger decay
2s2p
1s1s
Decay processes of electronically excited particles:
Flourescence decay
Auger decay
Inter Atomic Coulombic Decay (ICD)
(L. Cederbaum et al. PRL 79,4778(1997)
energy transfer
virtual photon
exchange
ICD electron
from neighbor
atom
Where?
van der Vaals Cluster
Hydrogen bonded
systems
Liquids
Neon - Dimer
Binding energy Ne2 1.5 meV
van der Vaals Force
Neon - Dimer
Ne+
Auger decay
2p
2s energetically
forbidden
from energy
Ne+(2s-1transfer
)
1s
- 11eVvirtual photon
exchange
Ne
2p
2s
1s
Ne+
Ne+
Ne+
Ne+
Till Jahnke, et al. PRL 93, 163401 (2004)
electron energy (eV)
Ne+
Ne+
Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)
Photoelectron
10eV
Ne2(2s-1)+
ICD eKER
Ne+ Ne+
h=59 eV
Ne+
Ne+
Ne2
Santra et al.
PRL 85, 4490-4493 (2000)
Ne2(2s-1)+
ICD eKER
Ne+ Ne+
h=59 eV
Ne2
electron energy (eV)
Photoelectron
10eV
Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)
Santra et al PRL 85,4490(2000)
Ne2+(2s-1)
ICD
Ne+ Ne+
ICD-eKER
electron energy (eV)
Photo-e-
Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)
1. Atome als Quantenmechnische Teilchen
1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice
1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen:
1.2.1.
Elektronen
1.2.2.
Atome, Moleküle
1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission
1.4. Beispiel H2
1.5. Lichtgitter
1.6. Atomspiegel
2. Wechselwirkung mit Atomen
2.1. Photon-Atom Wechselwirkung
2.1.1.
Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt,
2.1.2.
Winkel- und Energieverteilungen
2.1.3.
Doppelanregung, Interferenzeffekte
2.1.4.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und
Winkelverteilungen
2.1.5.
Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse
2.2. Atome in starken Laserfeldern
2.2.1.
Multiphotonenionisation
2.2.2.
Tunnelionisation
2.2.3.
Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,
hochenergetische Elektronen, Doppelionisation
2.2.4.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien
2.3. Ion-Atom Stöße
2.3.1.
Elektronentransfer
2.3.2.
Ionisation
2.3.3.
Mehrelektronenprozesse
monochromatic light
1899 J.J. Thomson
1900 Elster & Gütel
1900 Lenard
ee- ee-
A
-
max. electron
energy independent
of intensity
I
high intensity
low intensity
- 0 +
Potential
Energy
0
“BIG Photon”
E>Ebind
24.6 eV
+ 54.4 eV
79 eV
Energy
0
“Small Photon”
1.5eV (800nm)
24.6 eV
+ 54.4 eV
79 eV
Energy
0
53 photons
@800 nm
24.6 eV
+ 54.4 eV
79 eV
Viele interessante Fragen:
• Extrem nichtlineare Prozesse
von Störungstheorie
• (Elektronische)Materie unter extremen Bedingungen
• Extrem kurz Zeiten “Attosekunden”
“Elektronenbewegung sichbar machen”
Ziel:
1015 W/cm2 ?????
Laser: 1 W, 800nm
Räumliche Kompression:
5 cm Brenweite: 5mm -> 5 um focus
Zeitliche Kompression:
1kHz, 220 fsec (10-15)
Faktor 106
Faktor 1010
100um
50 um
5um
Lichtgeschosse:
•3*3*3 m3
•30 ... 6 femto Sekunden
•Lichtgeschwindigkeit
•Leistungsdichte 1016W/cm2
•0.2 milli Joule
•1.25 106 GeV
•2*1015 Photonen (a 1.5 eV)
•Elektrische Felder > 1011 V/m
Photo: S.Voss
1. Atome als Quantenmechnische Teilchen
1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice
1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen:
1.2.1.
Elektronen
1.2.2.
Atome, Moleküle
1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission
1.4. Beispiel H2
1.5. Lichtgitter
1.6. Atomspiegel
2. Wechselwirkung mit Atomen
2.1. Photon-Atom Wechselwirkung
2.1.1.
Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt,
2.1.2.
Winkel- und Energieverteilungen
2.1.3.
Doppelanregung, Interferenzeffekte
2.1.4.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und
Winkelverteilungen
2.1.5.
Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse
2.2. Atome in starken Laserfeldern
2.2.1.
Erinnerung an Einstein
2.2.2. Woher kommen die Intensitäten
2.2.3.
Eigenschaften und Größenordnungen
2.2.4.
Beobachtungsgrössen RATE Sättigung
2.2.5.
Physikalische Bilder: Photonen versus Feld
2.2.6.
Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,
hochenergetische Elektronen, Doppelionisation
2.2.7.
Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien
2.3. Ion-Atom Stöße
2.3.1.
Elektronentransfer

Powerpoint-Folien zur Vorlesung