Forschung & Entwicklung

Lichtinduzierte Wechselwirkungen in Molekülen

Mittels Attosekundenpulsen im extremen UV-Spektrum sind erstmals die Energieübergänge eines mehratomigen Moleküls detailliert untersucht worden.

Bei der Arbeit handelt es sich um die erste Studie eines mehratomigen Moleküls mittels transienter Absorptionsspektroskopie auf Attosekundenzeitskalen (ATAS). In einem ATAS-Experiment wird die Absorption von Photonen im extremen ultravioletten (XUV) Spektralbereich, die Bestandteil eines isolierten Attosekundenpulses oder Pulszuges sind, in der gleichzeitigen Anwesenheit eines intensiven infraroten Laserfeldes untersucht. Dabei wird die Verzögerung zwischen Attosekundenpuls und Infrarotfeld systematisch variiert.

Forscher vom Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) untesuchten Iodmethan, in dem Übergänge von den Atomkernen in die Valenzschale und Übergänge von den Atomkernen in die Rydbergschale spektral unmittelbar benachbart sind. „Zunächst waren wir überrascht festzustellen, dass das Infrarotfeld des Lasers vor allem auf die schwachen Kern-Rydberg-Übergänge einen Einfluss hat, während die starken Kern-Valenzübergänge, die die Absorption im XUV des Methyliodid-Moleküls bestimmen, auf das Feld wenig ansprechen”, sagt Lorenz Drescher, Wissenschaftler am MBI.

Begleitende numerische Simulationen zeigten, dass die Rydbergzustände die laserinduzierte Absorption aufgrund ihrer hohen Polarisierbarkeit dominieren. Interessant ist auch, dass die nun vorgestellte Studie einen Ausblick in die Zukunft bietet. Wenn man mit dem XUV-Spektrum verschiedene Absorptionskanten abdeckt, kann die Methode Moleküldynamik aus der Perspektive verschiedener Beobachteratome innerhalb eines Moleküls abbilden. Mit der Etablierung von Attosekunden-XUV-Quellen im spektralen Wasserfenster wird ATAS von lichtinduzierten Wechselwirkungen in Molekülen vermutlich ein Werkzeug werden, um ultraschnelle Phänomene in organischen Molekülen zu untersuchen. In diesem Wellenlängenbereich gibt es Übergänge von Kernzuständen in Stickstoff-, Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen.

von mn

Originalveröffentlichung:

[L. Drescher, G. Reitsma, T. Witting, S. Patchkovskii, J. Mikosch, M. J. J. Vrakking, State-Resolved Probing of Attosecond Timescale Molecular Dipoles, J. Phys. Chem. Lett. 10 (2019), DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b02878]

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