Femtosekundenspektrometer für polarisationsgeformte Pulse
Final Report Abstract
Mit dem „Femtosekundenspektrometer für polarisationsgeformte Pulse“ werden systematisch neue laborbasierte, hochempfindliche und instantane Messmethoden zur chiralen Erkennung an geringsten Substanzmengen erprobt. Das Gerät stellt bei 800 nm mit 5 kHz Repetitionsrate Laserpulse mit einer Energie von 1 mJ und einer Pulsdauer unter 25 fs zur Verfügung. Diese dienen als Eingang für Eigenbau-Hochpräzisionspulsformer, die vom UV bis in den IR-Spektralbereich abstimmbar sind. Das Gerät ist mit Polarisationsoptiken versehen, enthält die zugehörigen Charakterisierungsgeräte und ist auf einem optischen Tisch aufgebaut. Bei den durchgeführten Experimenten kommen im Nachweis vorhandene differentielle Methoden zur Elektronen- und Ionendetektion zum Einsatz. Unsere experimentell gezeigten +/- 10 % Effekte im Photoelektronen-Zirkulardichroismus nach Mehrphotonenanregung ermöglichen den laborbasierten Ansatz. Vergleichbare Effekte waren zuvor nur an Synchrotronstrahlungsquellen gezeigt worden. Die anwendungsorientierte Bedeutung des Vorhabens liegt im Bestreben der Pharmazie, nur noch enantiomerenreine Arzneistoffe einzusetzen. Grundlagenorientiert soll die Wechselwirkung chiraler Moleküle in der Gasphase mit dieser Art strukturierten Lichtes besser verstanden werden. Das Gerät ist zentral für drei Projekte innerhalb des SFB 1319 ELCH („Extremes Licht für die Analyse und Kontrolle von molekularer CHiralität“), der am 1. Januar 2018 an der Universität Kassel startete. Zur Vorbereitung der SFB Projekte wurden mit dem Gerät aufwändige Resonanzverstärkte-Mehrphotonen-Ionisationsexperimente über mehrere elektronische Zwischenzustände an Fenchon durchgeführt. Der Einfluss neutraler Zwischenzustände auf den Photoelektronen-Zirkulardichroismus konnte damit zum ersten mal demonstriert werden. Damit ist die Grundalge geschaffen, sowohl die Kern- als auch die Elektronendynamik mit Methoden der kohärenten Laserkontrolle in chiralen Molekülen gezielt zu untersuchen und zu steuern. Ein zweites Einsatzgebiet des Gerätes ist die ultraschnelle Elektronenbeugung, wobei bei den Experimenten unser kompakter Aufbau mit einer Zeitauflösung von etwa 100 fs verwendet wird. Hier wurden in Vorbereitung für zeitaufgelöste Messungen Elektronenbeugungsstrukturen an MoS2-Graphen Heterostrukturen gemessen und analysiert.
Publications
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"Complete analysis of a transmission electron diffraction pattern of a MoS2-graphite heterostructure" Ultramicroscopy, 2016, 166, 9 - 15
M. Adrian, A. Senftleben, S. Morgenstern and T. Baumert
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"Intermediate state dependence of the photoelectron circular dichroism of fenchone observed via femtosecond resonance-enhanced multi-photon ionization" The Journal of Chemical Physics, 2017, 147, 013926 (9 pp)
A. Kastner, T. Ring, B. C. Krüger, G. Barratt Park, T. Schäfer, A. Senftleben and T. Baumert
