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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
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
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