Diplom- und Doktorarbeiten

Transkript

1 Multi-Photon-Ionisation von Lithium in einer Magneto-Optischen Falle (MOT) Im Jahr 2000 ist es weltweit zwei Gruppen, eine davon unsere am MPI-K, erstmals gelungen, die Multi-Photon Ionisation, vorhergesagt von Maria Göppert-Meier 1934, differentiell zu vermessen. Dabei konnten die grundlegenden Mechanismen der Doppelionisation aufgeklärt werden. Die nicht-lineare Wechselwirkung mit drei Elektronen soll nun in einem nächsten Schritt vollständig erfasst und mit Modellrechnungen verglichen werden. Modernste Imaging-Verfahren, so genannte Reaktions-Mikroskope, welche die Impulse aller nach Multi-Photon-Ionisation auslaufen Teilchen erfassen, sollen erstmals mit einer magneto-optischen Falle (MOT) (oben rechts) kombiniert werden (unten rechts). - Mithilfe bei der Inbetriebnahme des Reaktions- Mikroskops an der MOT - Aufbau der Datenaufnahme für das Reaktions- Mikroskop - Optimierung der Diodenlaser für die MOT - Im Team: Durchführung und Auswertung erster Messungen zur Li Dreifachionisation Magneto-Optische Falle Wolke von 10 6 gespeicherten Lithiumatomen - Alexander.Dorn@mpi-hd.mpg.de

2 Langsame Elektron-Molekül-Stöße unter dem Reaktions-Mikroskop Wie reagiert ein Molekül auf Stöße mit einem langsamen Elektron? In vielen Fällen zerbricht es in Fragmente. Dies führt z.b. zu Strahlenschäden der DNA im Zellkern oder das Elektron wird resonant eingefangen. Wie hängt die Dynamik von der Ausrichtung der Molekülachse im Raum ab? Eine ganze Reihe neuer, bisher weitgehend unerforschter, Reaktionen sind möglich, wenn Positronen als Projektile verwendet werden. Mit einem kombinierten Elektronen- und Ionen- Spektrometer ("Reaktions-Mikroskop") werden alle geladenen Fragmente nachgewiesen und ihre Impulse bestimmt. Dadurch gelingt es die Quantendynamik des Stoßes vollständig zu erfassen und die ablaufenden Reaktionen genau zu untersuchen. - Inbetriebnahme einer neuen Photoelektronen-quelle. - Modifikation des Spektrometers für Positronenstoß- Experimente. - Entwicklung von Auswerteroutinen zur Erfassung von Multi-Fragmentationsreaktionen - Im Team: Gemeinsame Durchführung und Auswertung von Experimenten. Reaktions-Mikroskop - Alexander.Dorn@mpi-hd.mpg.de - Martin.Duerr@mpi-hd.mpg.de Tel.:

3 Experimente zur Ionisation von Atomen und Molekülen durch schnelle Ionen Dringen schnelle, hochgeladene Ionen in Gewebe ein, so zerstören sie durch Ionisation Atome und Moleküle Grundlage der Tumortherapie mit solchen Ionen, die am Heidelberger DFKZ weltweit erstmalig anläuft (Bild rechts)! Der quantenmechanische Elementarprozess, die einfache und mehrfache Stoßionisation ist bisher allerdings nur sehr unzureichend verstanden und soll im Detail untersucht werden. Modernste Imaging-Verfahren, so genannte Reaktions-Mikroskope, erlauben es, die Quantendynamik der einfachen und mehrfachen Ionisation in Kollisionen von schnellen Ionen aus den Beschleunigern des MPI-K (Bild rechts) oder der GSI vollständig zu vermessen. - Weiterentwicklung eines vorhandenen, atomaren Wasserstoff-Targets - Mithilfe bei der Inbetriebnahme eines Reaktions-Mikroskops am Speicherring (ESR) der GSI - Im Team: Durchführung von Experimenten am MPI-K und ersten Messungen an der GSI

4 Entwicklung einer gepulsten Quelle für kalte Molekülionen Reaktionen von kalten Molekülionen mit Atomen und Molekülen im Vibrationsgrundzustand sind bisher bei Geschwindigkeiten bis hinunter in den thermischen Bereich nur wenig untersucht und insbesondere gibt es keinerlei differentielle Messungen. Nichtsdestoweniger sind solche Prozesse wichtig für die Chemie interstellarer Wolken sowie in der oberen Atmosphäre. Mittels kontrollierter Multi-Photon-Ionisation von kalten Molekülen aus einem Überschalljet durch Femtosekunden-Laser sollen erstmals kurze Pulse von kalten Molekülionen erzeugt werden. Stöße dieser Ionen mit Atomen und Molekülen werden dann in einem Rückstoßionenspektrometer im Detail, kinematisch vollständig vermessen. - Wiederaufbau und Optimierung einer vorhandenen gepulsten Quelle - Aufbau eines einfachen Rückstoßionenspektrometers - Durchführung erster differentieller Umlade- und Proton-Transfer-Experimente

5 ltra-schnelle Pump-Probe-Experimente - oder, wie zerbricht ein Molekül? In einem Proof-of-Principles Experiment ist es mittels Pump-Probe-Technik gelungen, die Dissoziation und sogar die Vibration von D 2 - und H 2 -Molekülen zeitaufgelöst zu verfolgen und teilweise zu steuern (Abbildung rechts). Die Technik soll auf komplexere Moleküle übertragen und durch gezielte Formung der Laserpulse in Richtung Kontrolle chemischer Reaktionen weiterentwickelt werden. Modernste Imaging-Verfahren, so genannte Reaktions-Mikroskope, erlauben es, in Verbindung mit schnellen Pump-Probe-Techniken bei ultra-kurzen, 7 fs Pulsen, die Quantendynamik molekularer Reaktionen vollständig zu erfassen. - Implementierung neuester Flash-ADC-Techniken zur Datenaufnahme - Entwicklung eines ultra-kalten und dünnen Überschall Atom- oder Molekülstrahls - Entwicklung von Auswerteroutinen zur Erfassung von Multi-Fragmentationsreaktionen - Aufbau eines Puls-Shapers - Im Team: Gemeinsame Durchführung und Auswertung von Experimenten. - Artem.Rudenko@mpi-hd.mpg.de Tel.:

6 xperimente zur Multi-Photon-Ionisation am Freie-Elektronen-Laser Am weltweit ersten Freie-Elektronen-Laser im VUV und später im Röntgenbereich am DESY in Hamburg, der Ende 2005 den Benutzerbetrieb aufgenommen hat, sollen grundlegende Pionier-Experimente zur Untersuchung der Wechselwirkung dieser Strahlung mit Atomen, Molekülen und Clustern durchgeführt werden. Modernste Imaging-Verfahren, so genannte Reaktions-Mikroskope (Leibniz-Preis 1999, Philip-Morris-Forschungspreis 2006) erlauben es, die Quantendynamik der Wechselwirkung vollständig zu erfassen. - Implementierung neuester Flash-ADC-Techniken zur Datenaufnahme - Entwicklung eines ultra-kalten und dünnen Überschall Atom- oder Molekülstrahls - Entwicklung von Auswerteroutinen zur Erfassung von Multi-Fragmentationsreaktionen - Design und Implementierung von Kryotechnologien: Erzeugung von XH-Vakua (<10-12 mbar) - Im Team: Gemeinsame Durchführung und Auswertung erster Experimente in Hamburg - Claus.Schroeter@mpi-hd.mpg.de

7 Attosekunden Spektroskopie: ltra-schnelle Bewegung in Atomen & Molekülen Seit kurzem gelingt es mittels modernster phasenstabilisierter intensiver Laser, einzelne Lichtimpulse zu erzeugen, die eine Länge von nur noch 200 as (Attosekunden: 1 as = s) haben. Damit wird erstmals die ultra-schnelle Bewegung von Elektronen in Atomen und Molekülen beobachtbar und kann vielleicht sogar gesteuert werden! Neueste Imaging-Verfahren, so genannte Reaktions-Mikroskope (Leibniz-Preis 1999, Philip-Morris-Forschungspreis 2006) werden es erlauben, diese Dynamik erstmals vollständig abzubilden. Hierzu werden gerade sowohl ein entsprechender Laser als auch ein spezielles Reaktions-Mikroskop aufgebaut. - Aufbau eines Impulskompressors zur Erzeugung von intensiven, 5 fs Laserimpulsen - Aufbau modernster Diagnostik zur Charakterisierung ultrakurzer Lichtimpulse - Aufbau und Inbetriebnahme eines Reaktions- Mikroskops - Im Team: Charakterisierung von Attosekunden- Impulsen mittels Elektronenspektroskopie im Reaktions-Mikroskop und erste Experimente. - K.Simeonidis@mpi-hd.mpg.de Tel.:

8 Erzeugung ultra-kalter Elektronen / Streuexperimente zur Ionisation An einem Reaktions-Mikroskop sollen kinematisch vollständige Experimente nahe der Ionisationsschwelle zur Untersuchung der Wechselwirkung von sehr energiescharfen Elektronenstrahlen mit Atomen, Molekülen und Clustern durchgeführt werden. Mit einem kombinierten Elektronen- und Ionen- Spektrometer ("Reaktions-Mikroskop") werden alle geladenen Fragmente nachgewiesen und ihre Impulse bestimmt. Dadurch gelingt es die Quantendynamik des Stoßes vollständig zu erfassen und die Reaktionen genau zu untersuchen. - Erzeugung ultra-kalter Elektronen mit Hilfe einer GaAs-Photoemissionsquelle, Aufbau einer Transportoptik - Charakterisierung der Energie- und Pulsbreite der Elektronenstrahlen - Aufbau eines Spektrometers zur Messung der Emissionscharakteristik der Photoelektronen - Durchführung und Auswertung von Stoßexperimenten zur Ionisation und Anregung Reaktions-Mikroskop Photoemissionsquelle - Claus.Schroeter@mpi-hd.mpg.de - Alexander.Dorn@mpi-hd.mpg.de