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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


• 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


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


PECD von Fenchone:

Kohärente Breitbandpulse

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

• Vergleich mit Experiment...?


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)


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)


• Berechnung des Photoelektronen Zirkulardichroismus in

chiralen Systemen

• Berechnung der Mehr-Elektronendynamik

in spannenden Prozessen

Zusammenfassung

ℏ𝜔


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


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


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


1. AC (oder dynamischer) Stark Effekt

2. Vermeidung-von-Überschneidungs-

Phänomenen

3. Laserinduzierte Kontinuumsstruktur

Themen

10c

10b

10a


Vielen Dank für die

Aufmerksamkeit!


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:


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


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

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