Theoretische Physik IV:

Theoretische Atom- und Molekülphysik

Bachelor Physik Seminar

05.12.2019 Prof. Dr. Philipp Demekhin Dr. Anton Artemyev

MS Phys. Eric Kutscher Dr. Nikolay Novikovskiy MS Phys. Abir Mhmadi

Eric Kutscher, AG Demekhin 1 Bachelor Seminar 2019

• Winkelaufgelöste Spektroskopie an Molekülen

– z.B. Photoelektronen Zirkulardichroismus in chiralen

Systemen

• Atome in starken Laserpulsen (Elektonendynamik)

– z.B. Erzeugung von höheren Harmonischen in He

• Moleküle in starken Laserpulsen (Kerndynamik)

Forschungsschwerpunkte

Eric Kutscher, AG Demekhin 2 Bachelor Seminar 2019

• Chirale Moleküle lassen sich durch

Rotation nicht mit ihrem Spiegelbild

(Enantiomer) in Überlapp bringen.

• Viele Beispiele (Aminosäuren,

Lebensmittel, Medizin,...)

• Reaktion von chiralen Molekülen mit

anderen chiralen Molekülen abhängig

von Enantiomer. Beispiel: Geruch

Chiralität

orangenartig Fichtennadelöl Baldrian

Eric Kutscher, AG Demekhin 3 Bachelor Seminar 2019

M. Wollenhaupt, New J. Phys. 18,

121001 (2016).

Photoelektronen Zirkulardichroismus

Aufgaben:

• Theoretische Methode für Multiphoton Ionisation von Molekülen

• Testen, für reale Moleküle anwenden

>2012: Viele Experimente, aber noch

keine (sehr) gute quantitative Theorie

>2001: Viele Experimente

+ gute qualitative und

quantitative Theorie

Eric Kutscher, AG Demekhin 4 Bachelor Seminar 2019

PECD von Fenchone:

Kohärente Breitbandpulse

• 3-, 4-, 5-, 6- und 7-photon PECD von Fenchone

• Vergleich mit Experiment...?

Eric Kutscher, AG Demekhin 5 Bachelor Seminar 2019

Mehr-Elektronenprozesse:

HHG in Helium

𝐼 𝜔 =1

2𝜋 𝑑2𝐷 𝑡

𝑑𝑡2𝑒−𝑖𝜔𝑡𝑑𝑡

2

𝐷 𝑡 = Ψ(𝑟 1, 𝑟 2, 𝑡) 𝑟 1 + 𝑟 2 Ψ(𝑟 1, 𝑟 2, 𝑡)

• „Klassicher“ Einelektronenprozess

• 𝐸𝑐𝑢𝑡𝑜𝑓𝑓 ≈ 𝐼𝑝 + 3.17 𝑈𝑝

Plateau “Abriss”

• Hinzufügen eines zweiten

aktiven Elektrons erzeugt ein

zweites Plateau mit zweitem „Abriss“

ℏ𝜔

Phys. Rev. A 95, 033402 (2017)

Eric Kutscher, AG Demekhin 6 Bachelor Seminar 2019

Mehr-Elektronen Prozesse:

PCI in Helium

• Zuerst Ionisation eines langsamen Elektrons

(kleine kinetische Energie) durch Puls #1

• Zweite Ionisation eines schnellen Elektrons

(große kinetische Energie) durch Puls #2

• Schnelles Elektron überholt langsames

→ Energieaustausch (Abschirmungseffekt)

Eric Kutscher, AG Demekhin 7 Bachelor Seminar 2019

• Berechnung des Photoelektronen Zirkulardichroismus in

chiralen Systemen

• Berechnung der Mehr-Elektronendynamik

in spannenden Prozessen

Zusammenfassung

ℏ𝜔

Eric Kutscher, AG Demekhin 8 Bachelor Seminar 2019

AC (oder dynamischer) Stark Effekt

• Bekannt: Stark Effekt

– Aufspaltung von energetischen Zuständen

im statischen elektrischen Feld

– Analogon zum Zeeman Effekt

• Was passiert, wenn Störung periodisch

ist (z.B. Laser, Laserpuls)?

– Resonanter Fall

– Nicht-resonanter Fall

• Anwendung: Moleküle räumlich

orientieren

Themen

Aufspaltung

von

Zuständen

Im EM-

Wechselfeld

10a

Eric Kutscher, AG Demekhin 9 Bachelor Seminar 2019

Vermeidung-von-Überschneidungs-Phänomenen

• Bild: diabatische und adiabatische Potentialkurven (2-atomiges Molekül)

• 𝐻 = 𝑇𝑅 + 𝑇𝑟 + 𝑉 𝑅, 𝑟

• Born-Oppenheimer: Ψ = Φ𝑖 𝑟, 𝑅 𝜒𝜈𝑖 𝑅

– Schlecht, wenn sich 2 elektronische Potentialkurven „nah“ kommen

– Dann koppeln Kerndynamik und Elektronendynamik!

• Adiab. Pot.kurven: 𝑉12 „groß“

– 𝑉 𝑅, 𝑟 diagonal, 𝑇𝑅 nicht diagonal

• Diab. Pot.kurven: 𝑉12 „klein“

– 𝑉 𝑅, 𝑟 nicht diagonal, 𝑇𝑅 diagonal

Themen

Abstoßung von nahen

adiabatischen

Potentialkurven

10b

Eric Kutscher, AG Demekhin 10 Bachelor Seminar 2019

Laserinduzierte Kontinuumsstruktur

• Fano erklärte erstmals asymmetrische

Linienform bei inelastischer Streuung

von Elektronen an Helium

• 𝐻𝑒 1𝑠2 + 𝑒− → …

• … → 𝐻𝑒∗ 2𝑠2𝑝 → 𝐻𝑒+ 1𝑠 + 𝑒−

• … → 𝐻𝑒 1𝑠2 + 𝑒−(𝑔𝑒𝑠𝑡𝑟𝑒𝑢𝑡)

• Genereller Welleneffekt

– Photoionisation

– Kernphysik

– ...

Themen

Veränderung eines

Kontinuumsspektrums

durch Interferenzeffekte

10c

Eric Kutscher, AG Demekhin 11 Bachelor Seminar 2019

1. AC (oder dynamischer) Stark Effekt

2. Vermeidung-von-Überschneidungs-

Phänomenen

3. Laserinduzierte Kontinuumsstruktur

Themen

10c

10b

10a

Eric Kutscher, AG Demekhin 12 Bachelor Seminar 2019

Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!

Eric Kutscher, AG Demekhin 13 Bachelor Seminar 2019

M. Wollenhaupt, New J. Phys. 18,

121001 (2016).

Photoelektronen Zirkulardichroismus

Aufgaben:

• Theoretische Methode für Multiphoton Ionisation von Molekülen

• Testen, für reale Moleküle anwenden

>2001: Viele Experimente + gute qualitative und

quantitative Theorie

>2012: Viele Experimente, aber noch keine (sehr)

gute quantitative Theorie

Ein Photon (1976):

Multiphoton:

Eric Kutscher, AG Demekhin 14 Bachelor Seminar 2019

PECD im Modelsystem

• Test der time-dependent single-center (TDSC) Methode

• Potential besteht aus spherisch-symmetrisch und Ladungsdichten

• Molekulare Orientatierungsabhängigkeit vom PECD berechnet für PI und ATI

Totaler PECD:

• PI: -15.6%

• ATI: -5.6%

Orient.abhängiger PECD Wellenpakete und Spektren

Eric Kutscher, AG Demekhin 15 Bachelor Seminar 2019

Vermeidung-von-Überschneidungen-Phänomen

• Anwendung diab. Pot.kurven: Dynamik der Prädissoziation

eines Moleküls AB

• AB(v1)

– Nahe Kontinuum A+B*

• Nicht-strahlender Energie-

transfer

• A+B, Energie geht in

Fragmente

Themen