Born Oppenheimer Näherung

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1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice 1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.2.1. Elektronen 1.2.2. Atome, Moleküle 1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 1.4. Beispiel H2 1.5. Lichtgitter 1.6. Atomspiegel

2. Wechselwirkung mit Atomen 2.1. Photon-Atom Wechselwirkung 2.1.1. Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.1.2. Winkel- und Energieverteilungen 2.1.3. Doppelanregung, Interferenzeffekte 2.1.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und

Winkelverteilungen

2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Multiphotonenionisation 2.2.2. Tunnelionisation 2.2.3. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation 2.3.3. Mehrelektronenprozesse

Born Oppenheimer Näherung

Rpp(Kernabstand)

Kernwellenfunktion Elektronische Wellenfunktion

R nur Parameter

PotentialWie sieht die Wellenfunktion

dazu aus?

Näherung:Harmonischer

Oszillator

Measure the internuclear distance: Reflection Approximation

harmonic

oszillatorMorsePotential

1.13 Å

1.08 Å

CO+(C1s)

300meV

hElektronenenergie

Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules

h = 295 eV

e- from K-shell, 10eV Energy

molecular orientationmeasurement

Polarization

Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules

h = 295 eVPhotoelectron

(10eV)

C O C O

Auger Electron250 eV

CO2+++

Polarization

Interference between different classical paths (diffraction pattern)

He + 99eV -> He1+(1S) + e-

Polarization

Interference between different classical paths (diffraction pattern)

h = 295 eV

+L = 1

(within dipole approximation)Entangled State

of rotating Moleculeand Electron

1,14...1

)sin(),(

04...0

)cos(),(

Chirality in Nonmagnetic Systems?

initialstate

finalstate

Chiral many body,intial states

oriented molecules

Theoretical Prediction: Dubs, McCoy PRL 45 (1985)Pioneering Experiment:

Circular Dichroism CO on surfaceSchönhense et al

Circular Dichroism from Aligned Molecules?

9 eV K-Shell N2

Circular light measuresPHASE SHIFTS (parallel/perp)

Jahnke et al, PRL 88(2002)073002

Zwischen Atomen und Molekülen:

van der Vaals Cluster

Inter Atomic Coulombic Decay

1. Wie können Atome innere Energie abgeben?

2. Beeinflußt die Umgebung die Eigenschaften des Atoms?

Flourescence decay

Decay processes of electronically excited particles:

Auger decay

Pierre Auger 1925

Flourescence decay

Decay processes of electronically excited particles:

Auger decay

Inter Atomic Coulombic Decay (ICD) (L. Cederbaum et al. PRL 79,4778(1997)

energy transfervirtual photon

exchange

ICD electronfrom neighbor atom

Where?

van der Vaals Cluster

Hydrogen bonded systemsLiquids

Neon - Dimer

Binding energy Ne2 1.5 meVvan der Vaals Force

Neon - Dimer

Auger decayenergetically forbiddenfrom Ne+(2s-1)- 11eV 1s

energy transfervirtual photon

exchange

Ne+Ne+

Ne+ Ne+

single photon below Ne2+ threshold

Till Jahnke, et al. PRL 93, 163401 (2004)

Ne+ Ne+

Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)

)2s Photoelectron

5eV Energy of Ne 2

(2s-1 )

ICD electron

Ne+ Ne+

Santra et al.PRL 85, 4490-4493 (2000)

Ne2(2s-1)+

Photo-electron10eV

h=59 eV

Ne+ Ne+

ICD e-

Ne2(2s-1)+

Photo-electron10eV

h=59 eV

Ne+ Ne+

ICD e-

)ICD-e-

Photo-e-Ne2+(2s-1)

Ne+ Ne+

Santra et al PRL 85,4490(2000)

Winkelverteilungen 2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Multiphotonenionisation 2.2.2. Tunnelionisation 2.2.3. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation 2.3.3. Mehrelektronenprozesse

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard

e-e-e-

low intensity

high intensity

Potential

max. electron energy independent

of intensity

monochromatic light

24.6 eV+ 54.4 eV

“BIG Photon” E>Ebind

24.6 eV+ 54.4 eV

“Small Photon”1.5eV (800nm)

24.6 eV+ 54.4 eV

53 photons@800 nm

1015 W/cm2

• Extrem nichtlineare Prozesse von Störungstheorie

• (Elektronische)Materie unter extremen Bedingungen

• Extrem kurz Zeiten “Attosekunden” “Elektronenbewegung sichbar machen”

Viele interessante Fragen:

Ziel: 1015 W/cm2 ?????

Laser: 1 W, 800nm

Faktor 106Räumliche Kompression:5 cm Brenweite: 5mm -> 5 um focus

Zeitliche Kompression:1kHz, 220 fsec (10-15)

Faktor 1010

Photo: S.Voss

Lichtgeschosse:

•3*3*3 m3

•30 ... 6 femto Sekunden•Lichtgeschwindigkeit•Leistungsdichte 1016W/cm2

•0.2 milli Joule•1.25 106 GeV•2*1015 Photonen (a 1.5 eV)•Elektrische Felder > 1011 V/m

Winkelverteilungen 2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Erinnerung an Einstein

2.2.2. Woher kommen die Intensitäten 2.2.3. Eigenschaften und Größenordnungen 2.2.4. Beobachtungsgrössen RATE Sättigung 2.2.5. Physikalische Bilder: Photonen versus Feld 2.2.6. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.7. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation

Born Oppenheimer Näherung

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