Metallionen-Quellen und -Targets in der Starkfeld-Laserphysik

• Antragsteller: Professor Dr. Gerhard G. Paulus
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 539086056

Die Starkfeld-Laserphysik konzentriert sich nach wie vor auf neutrale, gasförmige Atome, Moleküle und Cluster. Tatsächlich sind die Edelgase die dominierenden Targets bei den Atomen, während sich der Fokus von diatomaren Molekülen hin zu Kohlenwasserstoffen und organischen Verbindungen verlagert. Der größte Teil des Periodensystems wurde also bisher in der Starkfeld-Laserphysik nicht erforscht. Das Projekt strebt die Entwicklung einer Flüssigmetall-Ionenquelle (LMIS) an, um damit fundamentale Forschung in der Starkfeld-Laserphysik zu ermöglichen. Wir beschreiben neue Forschungschancen aufgrund "neuer" Targets, speziell atomare und molekulare Metallionen, einschließlich schwerer Metalle. Tatsächlich kann eine LMIS Elemente und Verbindungen aus dem halben Periodensystem bereitstellen. Gleichzeitig bestehen erhebliche technische Vorteile wie die extrem kleine Quellengröße. Eine LMIS hat daher das Potential, einige der Nachteile konventioneller Ionenquellen zu überwinden, insbesondere die sehr stark limitierte Targetdichte im Wechselwirkungsbereich mit dem Laser. Die neue Quelle wird für Impulsspektroskopie bei Ionenstrahlexperimenten verwendet, wobei bei Molekülen Koinzidenzdetektion genutzt wird. Aufgrund der hervorragenden Strahlqualität erwarten wir eine deutlich verbesserte Impulsauflösung. Ferner wird der sehr gut kollimierte Ionenstrahl den Fokusvolumen-Effekt reduzieren, da der Ionenstrahl auf einen Bruchteil des Volumens des Fokus' beschränkt werden kann, so dass die lästige Mittelung von bei verschiedenen Intensitäten entstandenen Ereignissen vermindert werden kann. Im Rahmen dieses Projekts werden wir uns auf Silizium- und Goldionen sowie auf Goldmolekülionen konzentrieren. Im Fall von Silizium nutzen wir die Tatsache, das eine AuSi-LMIS einen hohen Si^2+-Strom produziert, sogar höher als den für Si^+. Damit ergibt sich die faszinierende Gelegenheit, Effekte elektronischer Korrelation im Grundzustand auf die Ionisationsdynamik mit einzigartiger Sensitivität zu studieren, indem man die Ionisation zu Si^3+ und Si^4+ ausgehend von verschiedenen Anfangszuständen vergleicht. Die zweite durch die LMIS eröffnete Gelegenheit betrifft Gold. Viele der Eigenschaften, für die Gold berühmt ist, kann auf relativistische Effekte in der Elektronenhülle zurückgeführt werden. Wir werden versuchen, den Einfluss von Relativität zu identifizieren, indem wir die Ionisationsdynamik von Gold mit der der anderen Gruppe-11-Elemente Silber und Kupfer vergleichen. Auf der sub-Zyklen-Skala geformte Wellenformen werden dazu die Attosekunden-Zeitskala erschließen. Der dritte Teil der Experimente dreht sich um das Goldmolekülion Au_2^+. Elektronisch gleicht es dem gut untersuchten Wasserstoffmolekülion, unterscheidet sich von diesem andererseits auch sehr stark, nicht zuletzt aufgrund seiner enormen Masse. Wir erwarten eine vielfältige Ionisationsdynamik bis zu sehr hohen Ladungszuständen, die wir, wie beim Goldion, auf der sub-Zyklen-Skala verfolgen wollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen