Helium and Neon nanoplasmas ignited by ultrashort NIR, MIR and x-ray laser pulses

Abstract: Helium Nanotröpfchen sind ein ausgezeichnetes Modellsystem um die Licht-Materie Wechselwirkung unter extremen Bedingungen, wie zum Beispiel für intensive Laserfelder oder für hohe Photonenenergien im XUV- oder Röntenbereich, zu untersuchen.
Cluster und Nanotröpfchen werden oft als Zustand zwischen einzelnen Atomen und kondensierter Materie angesehen, in dem ein Übergang von atomaren Eigenschaften hin zu kollektiven Eigenschaften stattfindet. Die einfache elektronische Struktur von Helium bleibt im Nanotröfchen erhalten, wodurch genaue Modellrechnungen auch für gröÿere Systeme ermöglicht werden. Heliumtröpfchen sind im Vergleich zu anderen Clustern in einem supraflüssigen Zustand, welcher eine homogene Struktur aufweist. Die Suprafluidität eröffnet eine einzigartige Dotierfähigkeit, wodurch Dotanten sich im Zentrum des Tröpfchens ansammeln. Wird ein Cluster einem intensiven nahinfraroten (NIR) Laserfeld ausgesetzt, zeigt sich ein anderes Verhalten im Vergleich zu einzelnen Atomen. Ein Atom in einem intensiven Laserfeld wird durch Tunnelionisation oder durch Barriere-Unterdrückung ionisiert, je nach stärke des Laserfeldes. Das frei gewordene Elektron kann mit dem Ion rekombinieren und die gewonnene Energie in Form eines Photons emittieren. Dieser Prozess wird als höhere Harmonische Erzeugung (HHG) genannt. HHG ist ein sehr ineffzienter Prozess, weshalb aktuelle Forschung daran arbeitet, den Prozess auf kondensierte Materie auszuweiten, da dort die Atomdichte stark erhöht ist. Weiterhin richtet sich die Forschung danach, längere Pulse zur HHG zu benutzten um noch höhere Photonenenergien zu erreichen. Im Vergleich zu einzelnen Atomen zeigen Cluster kollektive Effekte in starken Laserfeldern. Ein Cluster kann durch Tunnelionisation initiiert in einen Nanoplasma Zustand überführt werden, in dem die Dynamik der Elektronen und die der Ionen stark verbunden sind. Die erzeugten Ladungszustände der Ionen und die kinetischen Energien von Ionen und Elektronen sind wesentlich höher als im Fall eines einzelnen Atoms. In dieser Arbeit wird ein neuer experimenteller Aufbau für Experimente mit dotierten Helium Nanotröpfchen vorgestellt.
Der Aufbau beinhaltet, ein speziell für diese Experimente entworfenes, Spektrometer um zeitgleich energiereiche Elektronen und Ionen zu messen. Es werden NIR und MIR induzierte Nanoplasmen mit Hilfe von Einzelschussmessungen untersucht. Ein direkter Vergleich beider Wellenlängen ergibt, dass MIR Laserpulse weniger effektiv ein Nanoplasma zünden können als NIR Laserpulse. Für MIR Laserpulse werden Xenon dotierte Neoncluster mit Heliumtröpfchen verglichen. Es wird auÿerdem gezeigt, dass die Dotierung von Xenon Atomen sowohl den Zündprozess in Neon als auch in Helium Nanoplasmen unterstützt. Weiterhin wird ein Schema zur Dotierung vorgestellt, welches mehrere unterschiedliche Atome beinhaltet und den Zündprozess weiter unterstützt. Eine weitere Art effzient ein Helium Nanoplasma zu erzeugen wird durch ein Rönten-Pump - NIR Probe Schema realisiert. Dieses Schema wird auf Helium Tröpfchen, welche mit schwereren Edelgasen dotiert sind angewandt. Der Dotantencluster wird durch den Röntgenpuls ionisiert, wodurch eine stark erhöhte Absorption des NIR Lichts ermöglicht wird. Dadurch wird die Produktion von Ionen und Elektronen enorm begünstigt. Dieser hocheffziente Process wird experimentell charakterisiert und mit theoretischen Modellrechnungen verglichen

Angaben zum Objekt

• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Englisch
• Anmerkungen: Universität Freiburg, Dissertation, 2019

Klassifikation und Themen

• Schlagwort: Helium ; Ultrakurzzeitspektroskopie ; Elektronenspektrometer ; Röntgenstrahlung ; NIR-Spektroskopie

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Ereignis: Veröffentlichung
• (wo): Freiburg
• (wer): Universität
• (wann): 2019
• Urheber: Schomas, Dominik
• Beteiligte Personen und Organisationen: Mudrich, Marcel ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Mathematik und Physik

Weitere Informationen

• DOI: 10.6094/UNIFR/151512
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-1515127
• Rechteinformation: Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 25.03.2025, 13:41 MEZ