Studie eines Szenarios zu Elektronenfilmen zum Forschungshighlight gewählt

29. November 2023

Foto: UHH, Marvin Reuner

Das Team versuchte herauszufinden, wie die Photoelektronen-Impulsmikroskopie genutzt werden kann, um einen Film der photoinduzierten Bewegung von Elektronen in einem Molekül zu erstellen.

Welche Möglichkeiten bieten Attosekunden-Extrem-Ultraviolett- und Röntgenpulse für die Untersuchung der photoinduzierten Elektronendynamik in Molekülen? Eine theoretische Studie von Daria Gorelovas Team zu dieser Frage wurde für die Focus Days "Research Highlights in the Eyes of Editors" ausgewählt.

Redakteurinnen und Redakteure von Physical Review A sichten unzählige Arbeiten und überprüfen sie nach wissenschaftlichen Standards. Mit Blick auf das vergangene Jahr gibt es allerdings auch Arbeiten, die sie besonders gerne veröffentlichten, und dazu gehört Daria Gorelovas Arbeit. Die Physik-Professorin an der Universität Hamburg und Forscherin im Exzellenzcluster „CUI: Advanced Imaging of Matter" wurde von Physical Review A eingeladen, die Studie ihrer Gruppe während der Focus Days auf dem diesjährigen Atomic Physics Workshop des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme in Dresden vorzustellen.

Das Verständnis der photoinduzierten Dynamik in Molekülen und molekularen Systemen ist wichtig, um Einblicke in Prozesse wie die Photosynthese oder die Umwandlung von Sonnenenergie in Elektrizität in Solarzellen auf der Basis von organischen Halbleitern zu gewinnen. Allerdings werden photoinduzierte Prozesse durch extrem schnelle Bewegungen von Elektronen im Attosekundenbereich (10^-18 Sekunden) bestimmt.

Details der elektronischen Bewegung innerhalb eines Moleküls in Echtzeit

Eine Technik zur Untersuchung dieser Prozesse ist die Photoelektronen-Impulsmikroskopie. Dabei wird eine Probe durch einen Lichtimpuls ionisiert, wodurch ein Photoelektron herausgeschlagen wird. Die Impulsverteilung dieses Photoelektrons gibt Aufschluss über die Form eines Orbitals oder einer Bindung in dem Bereich, aus dem das Elektron herausgeschlagen wurde. Durch einen Attosekunden-Lichtpuls herausgeschlagene Photoelektronen können also den Zustand des Moleküls zum Zeitpunkt der Messung kodieren.

Die mithilfe der Attosekunden-Photoelektronenmikroskopie erfasste Photoelektronenimpulsverteilungen können Details der elektronischen Bewegung innerhalb eines Moleküls in Echtzeit und mit einer Auflösung im Angström-Bereich (10^-10 m) zeigen. „Die Attosekunden-Photoelektronenmikroskopie hat ein großes Potenzial, sich zu einer neuartigen Technik zur Messung elektronischer Bewegungen zu entwickeln”, sagt Daria Gorelova. „Wir hoffen, dass unsere theoretische Studie zu weiteren Entwicklungen der zeitaufgelösten Photoelektronenmomentum-Mikroskopie führt, die eine Zeitauflösung bis in den Attosekundenbereich ermöglicht. Eine solche Technik wird neue Möglichkeiten für die Erstellung von Elektronenfilmen in Molekülen bieten.”

Originalpublikation

Marvin Reuner and Daria Popova-Gorelova

“Attosecond imaging of photoinduced dynamics in molecules using time-resolved photoelectron momentum microscopy”

Phys. Rev. A 107, 023101 (2023)

DOI: 10.1103/PhysRevA.107.023101