Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2000
Programm und Abstracts der Sitzung A 16

Der Leitwert von Atomen

•Sandro M. Wimberger^1,2,3, Italo Guarneri⁴, Jakub Zakrzewski⁵ und Andreas Buchleitner^1,2,3
1MPI für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, D-01187 Dresden
²Sektion Physik der LMU München, D-80799 München
³The Weizmann Institute of Science, Il-76100 Rehovot
⁴Universitá di Milano, Sede di Como, I-22100 Como
⁵Instytut Fizyki imienia Mariana Smoluchowskiego, Uniwersytet Jagiello\'nski, PL-30-059 Kraków

Zwischen dem Ionisationsprozess von hochangeregten Atomen im elektromagnetischen Feld und dem Ladungstransport in Festkörpern mit statistisch verteilten Verunreinigungen besteht eine enge formale, aber auch physikalisch motivierte Analogie. Die quantenmechanisch bedingte Lokalisierung der Wellenfunktion, im Energieraum einerseits, im Ortsraum andererseits, führt zur Definition eines Leitwertes, der für das - streng deterministische - atomare Problem in [1] heuristisch motiviert wurde, eben in Analogie zum bekannten Leitwert eines - ungeordneten - Festkörpers. Wir geben eine allgemeine, streutheoretische Begründung dieser Definition und überprüfen die postulierte Analogie durch die quantitative Analyse numerischer Daten.

[1] A. Buchleitner, I. Guarneri, J. Zakrzewski, Europhys. Lett., 44 (2), 162 (1998)

Theoretische Untersuchungen zur Ionisation von Molekülen in intensiven Laserfeldern

•J. Muth-Böhm, A. Becker und F.H.M. Faisal
Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, Postfach 100131, 33501 Bielefeld

In den letzten Jahren wurde in einer Reihe von Experimenten zur Ionisation von Atomen und Molekülen in intensiven Laserfeldern beobachtet, daß die Ionensignale von Molekülen gegenüber den Ionensignalen der Atome mit vergleichbaren Ionisationspotentialen unterdrückt sind (e.g. [1-3]). Im Rahmen einer S-Matrix Theorie (e.g. [4]), deren Ergebnisse im Fall von Atomen bereits eine sehr gute Übereinstimmung mit den experimentellen Ergebnissen lieferte (e.g. [5]), haben wir die Ionisation von Molekülen in intensiven Laserfeldern in Abhängigkeit von der Laserintensität und -frequenz analysiert. Dazu haben wir die Prozeßwahrscheinlichkeiten bestimmt und diese mit experimentellen Daten verglichen. Mögliche Ursachen für die Unterdrückung der Ionensignale im Fall von Molekülen werden diskutiert.

[1] T.D.G. Walsh et al. , J. Phys. B 27, 3767 (1994)

[2] A. Talebpour et al. , J. Phys. B 29, L677 (1996)

[3] C. Guo et al. , Phys. Rev. A 58, R4271 (1998)

[4] F.H.M. Faisal und A. Becker, in Selected Topics on Electron Physics, eds. D. Campbell and H. Kleinpoppen (Plenum, New York, 1996) S. 397

[5] A. Becker and F.H.M. Faisal, Phys. Rev. A 59, R1742 (1999), ibid.  J. Phys. B 32, L335 (1999)

Analyse konkurrierender Ionisationspfade in K₂ mittels Femtosekunden-Pump&Probe Spektroskopie: Ein Vergleich zwischen Theorie und Experiment

•Elmar Schreiber¹, Celine Nicole², M. Aziz Bouchène², Silvie Magnier², Christoph Meier² und Bertrand Girard^2
2IRSAMC, Université Paul Sabatier, 31062 Toulouse, France
¹Center for Ultrafast Laser Applications, Princeton University, NJ 08544, USA

Ein Vergleich von Experiment und Theorie der ultraschnellen Pump&Probe Multiphotonen-Ionisationsspektroskopie an K₂ wird präsentiert. Die Wellenpaketpropagation im A ¹ S_u⁺ und im (2) ¹ P_g Rydbergzustand ist im Spektralbereich 780nm bis 840nm detailliert beobachtet worden. Die gemessenen totalen Ionisationsraten zeigen als Funktion der Verzögerungszeit zwischen Pump- und Probepuls eine Vielzahl faszinierender Strukturen wie die direkte Beobachtung des ein- und auslaufenden Wellenpaketes sowie der Frequenzverdopplung der beobachteten Welllenpaketschwingung. Die Theorie ist in sehr gutem Einklang mit den Messdaten und erlaubt eine eindeutige Interpretation der verschiedenen Übergangspfade zum Ion.

Spinrückwirkung auf Dynamik und Strahlung von Elektronen in starken Laserfeldern

•M. W. Walser, C. Szymanowski und C. H. Keitel
Theoretische Quantendynamik, Albert-Ludwigs Universität Freiburg, Hermann-Herder-Straße 3

Wir untersuchen die Strahlung eines Elektrons, das in einem starken, linear polarisierten, ebenen Laserfeld anharmonisch oszilliert. Das Elektron wird beschrieben als klassisches relativistisches Teilchen, das ein magnetisches Moment besitzt [1]. Dadurch wird die Spin-Laser Wechselwirkung berücksichtigt. Im Gegensatz zur gewöhnlichen Maxwell Dynamik wird die Bewegung des Elektrons, in Abhängikeit von der Orientierung des Spins, dreidimensional [2]. Dies läßt sich auch quantenmechanisch bestätigen [3]. Zusätzliche, in Richtung des magnetischen Feldes polarisierte, Harmonische sind in Richtung des elektrischen Feldes sichtbar, die ohne Berücksichtigung des Spins nicht auftreten würden.

[1] J. Frenkel, Z. f. Physik 32 (1925) 518

[2] M. W. Walser, C. Szymanowski and C. H. Keitel, Europhys. Lett. 48 (5) 533

[3] M. W. Walser et al., in Vorbereitung

Violent acceleration of free electrons by extra-intense lasers

•Jia-Xiang Wang, Werner Scheid, Yu-Kun Ho und Manuel Hölß
Justus-Liebig-Universität Gieß en, Fudan University, Shanhai

It has been found by numerical simulation for extra-intense lasers, the free electrons can be violently accelerated. The conditions for such strong field effects will be presented together with the classical mechanism. The underlying quantum mechanism can be attributed to the non-linear Compton scattering.

Modellrechnung zur relativistischen Ionisationsdynamik

•E.Lenz , M.Dörr und W.Sandner

Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie
Max-Born-Strasse 2A, D-12489 Berlin, Germany

Anhand der numerischen Lösung der 1D - Dirac - Gleichung untersuchen wir die Ionisation eines stark gebundenen Elektrons. Als Lösungsverfahren kommt in unserer Modellrechnung das Crank-Nicolson-Verfahren auf einem finite - Differenzen - Gitter zum Einsatz. Die Ionisation wird mittels eines ultrakurzen und ultraintensiven Feldpulses erreicht, so daß das Teilchen zu einem bestimmten Zeitpunkt ionisiert. Die Ergebnisse der Modellrechnungen werden mit Resultaten aus der entsprechenden zeitabhängigen Schrödinger - Gleichung verglichen um die speziell relativistischen Effekte herauszuarbeiten.

Ref.:

J.W.Braun, Q. Su, and R. Grobe, Phys. Rev. A 59, 604 (1999)

C. Bottcher and M. R. Strayer, Ann. Phys. 175, 64 (1987)

M. Protopapas, C. H. Keitel and P. L. Knight , J. Phys. B : At. Mol. Opt. Phys 29 , L591 (1996)

N. J. Kylstra, A. M. Ermolaev and C. J. Joachain, J. Phys. B : At. Mol. Opt. Phys. 30, L449 (1997)

Phase-dependent effects in bichromatic high-harmonic generation

•C. F. de M. Faria¹, D. B. Milo sevi\'c² und G. G. Paulus^3
1Max Planck Institut für Physik komplexer Systeme, Nöthnizer Str. 38, 01187 Dresden
²Max Born Institut für nichlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Max Born Str. 2A, 12489 Berlin
³Max Planck Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann Str. 1, 85748 Garching

We give a physical explanation for a p-periodic modulation in the harmonic yield as a function of the relative phase between both driving waves, and an offset phase shift of this modulation for neighboring cutoff harmonics, observed in recent experiments on high-harmonic generation with phase-controlled w-2w bichromatic fields [1]. Using the ``simple-man" or classical model, the strong-field approximation and the fully numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation, we relate this offset phase shift to a particular set of electron trajectories [2]. We show that, with the introduction of the high-frequency field, the monochromatic cutoff energy I_p+3.17U_p splits into an upper and lower branch, which present different types of behavior with respect to the relative phase. Whereas the energy of the upper branch does not vary considerably with this parameter, the energy of the lower branch is strongly phase-dependent. Precisely this phase dependence originates the offset phase shift in the modulation. Thus, using bichromatic fields, one is able to single out a set of trajectories according to its phase dependence, already at the single-atom-response level.

[1] U. Andiel et.al, Europhys. Lett. 47, 42 (1999).

[2] C. F. de M. Faria, D. B. Milo sevi\'c, and G.G. Paulus, preprint

Nicht-sequentielle Vielfachionisation in hochintensiven, ultrakurzen Laserpulsen: Die Impulsverteilung von Neⁿ⁺ (n = 2,3) Ionen

•C. Trump¹, H. Rottke¹, M. Wittmann¹, G. Korn¹, W. Sandner¹, R. Moshammer², B. Feuerstein², W. Schmitt^2,3, A. Dorn², C. D. Schröter² und J. Ullrich^2
1Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin
²Univ. Freiburg, Fak. für Physik, Hermann-Herder-Str. 3, 79104 Freiburg
³ebenfalls: Gesellschaft für Schwerionenforschung mbH, Planckstr. 1, 64291 Darmstadt

Wir haben COLTRIMS (COld Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) zur Untersuchung der Mehrfachionisation von Ne in ultrakurzen Laserpulsen (Pulsdauer: 30 fs) eingesetzt. Die Lichtintensität wurde so gewählt, daß die Doppelionisation nicht-sequentiell erfolgt (I » 10¹⁵ W/cm²). Mit der Meßmethode haben wir die Verteilung des Impulses von Ne⁺⁺ und Ne³⁺ Ionen untersucht, die unter den gewählten experimentellen Bedingungen Aufschluß über die Verteilung des Gesamtimpulses der jeweils emittierten Photoelektronen gibt. Die hochauflösenden Messungen wurden an einem in einer Überschall Expansion gekühlten Düsenstrahl durchgeführt, in dem die Ne Atome einen wohldefinierten Anfangsimpuls haben. Als Lichtquelle wurde ein Ti:Saphir Laser mit 800 nm Zentralwellenlänge verwendet. Wir werden hier die Apparatur im Detail vorstellen und Meßergebnisse zur Einfach- und Mehrfachionisation präsentieren.

Dissoziation von H₂⁺ und D₂⁺ in ultrakurzen, hochintensiven Laserpulsen

•C. Trump, H. Rottke, M. Wittmann, G. Korn und W. Sandner
Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin

Wir haben die Photodissoziation von H₂⁺ und D₂⁺ in hochintensiven (I > 10¹⁴ W/cm²) Laserpulsen mit Pulsdauern von 80 fs und 30 fs untersucht. Die Laserstrahlung mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm wurde von einem Ti:Saphir Lasersystem erzeugt. Die Verteilung der kinetischen Energie geladener Dissoziationsprodukte wurde winkelaufgelöst mit einem hochauflösenden Spektrometer gemessen (Energieauflösung: DE / E £ 0.05). Vor der Dissoziation werden die Molekülionen durch Photoionisation von H₂ bzw. D₂ in dem intensiven Lichtpuls gebildet. Aus den Verteilungen der kinetischen Energie der H⁺ und D⁺ Dissoziationsprodukte lassen sich als Dissoziationsmechanismen effektive Ein- und Zweiphotonendissoziation und Coulomb Explosion nach weiterer Photoionisation des dissoziierenden Molekülions identifizieren. Die beobachteten Linienstrukturen in der Verteilung der kinetischen Energie hängen von der Lichtpulsdauer ab (Linienbreiten und Position). Mit 80 fs Pulsen finden wir keinen Isotopieeffekt in der effektiven Zweiphotonendissoziation, bei 30 fs Pulsdauer zeigt sich jedoch ein deutlicher Effekt. Bei extrem hoher Lichtintensität (I > 2 ×10¹⁵ W/cm²) zeigt sich zum ersten Mal Photoionisation von Molekülionen, die zuvor im Vibrationsgrundzustand gebildet wurden und nicht photodissoziieren. Ihre Photoionisation initiiert eine Coulomb Explosion, die zu hochenergetischen H⁺ und D⁺ Ionen führt.

Korrelierte Elektronenemission in der Doppelionisation in starken Laserfeldern

•Th. Weber¹, M. Weckenbrock¹, A. Staudte¹, L Spielberger¹, O. Jagutzki¹, V. Mergel¹, F. Afaneh¹, G. Urbasch², M. Vollmer², H. Giessen² und R. Dörner^1
1Universität Frankfurt
²Universität Marburg

Wir haben die Impulse beider Elektronen aus der Doppelionisation von Argon in ultrakurzen Laserpulsen bei einigen 10¹⁴W/cm² in Koinzidenz vermessen. Die Daten zeigen eine überrschend starke Korrelation der Elektronenimpulse.

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Zuletzt geändert am 15.01.2001

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