Ultrakurzzeit Extrem-Ultraviolett Lasertechnologie

Dieses Forschungsprojekt hat die erstmalige Anwendung extrem-ultravioletter (EUV) Femtosekunden- (fs) Laserpulse für spektroskopische Untersuchungen an dotierten supraflüssigen Helium-nanotröpchen (HeN) zum Ziel. Experimente, welche dynamische Prozesse in einer ultrakalten (0.4 K), supraflüssigen Umgebung untersuchen werden, sollen am Institut für Experimentalphysik der TU Graz durchgeführt werden. Mit einem einjährigen Forschungsaufenthalt am PULSE Institute der Universität Stanford (Vorstand Philip Bucksbaum) in der Gruppe von Markus Gühr, soll der Bewerber die nötige Expertise auf den Gebieten der Ultrakurzzeit-Laserphysik und der Spektroskopie mit hochenergetischen Photonen, d.h. hohen Harmonischen der Laserfrequenz, erlangen. Bei dieser Kollaboration werden neuartige zeitaufgelöste Studien von fotoinduzierten chemischen Reaktionen durchgeführt, wobei fs UV-pump/EUV-probe Techniken zum Einsatz kommen. Konkret werden katalytische Prozesse in metallorganischen Molekülen in Gasphase, sowie eingelagert in Quantenmatrizen, untersucht. Das Novum liegt dabei in der Anregung von inneren Schalenelektronen, anstelle von sonst üblichen Valenzelektronen, was durch die hohe Photonenenergie ermöglicht wird. Das in Stanford erlernte Know-how wird es dem Antragsteller ermöglichen, nach seiner Rückkehr nach Graz erstmals fs-EUV Spektroskopie auf kalte Aggregate und Cluster, welche in HeN produziert werden, anzuwenden. In der Rückkehrphase wird er in Graz ein ultraschnelles Laserlabor errichten, darüber hinaus plant er seine Habilitation auf diese neue Forschungsrichtung aufzubauen. Fortwährende Kooperation mit Stanford wird für permanenten Wissensaustausch und gemeinsame Experimente sorgen. Femtosekunden-Laserspektroskopie ist eine überaus mächtige Methode um ultraschnelle dynamische Prozesse, wie z.B. chemische Reaktionen, in Molekülen, Aggregaten und Clustern direkt und in "Echtzeit" zu beobachten. Die Erzeugung hoher Harmonischer erweitert die zur Verfügung stehende Photonenenergie in den Vakuum-UV und EUV Bereich und ermöglicht so den Zugriff auf stärker gebundene innere Schalenelektronen, welche oftmals strukturelle, magnetische oder chemische Informationen enthalten, die über Valenzelektronen nicht zugänglich sind. HeN haben in den letzten Jahren für viele Forschungsrichtungen aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglichen die Isolation und nahezu wechselwirkungsfreie Untersuchung einzelner Teilchen ebenso wie die kontrollierte und maßgeschneiderte Synthese von Aggregaten und Clustern, beides in einer kalten, supraflüssigen Umgebung. Trotz ihrer herausragenden Vorteile wurden diese beiden Methoden noch nicht kombiniert. Die ersten fs-HHG Experimente an dotierten HeN, die im Zuge dieses Forschungsprojekts durchgeführt werden, stellen somit eine substantiell neue Methode für dynamische Untersuchungen von Aggregaten und Clustern bei tiefen Temperaturen dar.