AttosekundenExperimente

Attosekundenexperimente erfassen Vorgänge, die in wenigen Attosekunden ablaufen, also auf der Zeitskala von 10^-18 s. Sie nutzen extrem kurze Lichtpulse im Bereich des ultravioletten Spektrums, die typischerweise durch Hochharmonische Erzeugung aus nah infraroten Laserpulsen stammen. Durch diese Technik ist es möglich, zeitliche Abläufe in Atomen, Molekülen und Festkörpern direkt zu verfolgen und zeitliche Verzögerungen von Elektronenbewegungen zu messen.

Erzeugung: Die häufige Quelle sind Hochharmonische Generierung (HHG) in Edelgasen, bei der ein Laserfeld Elektronenionisierung, Beschleunigung, Rekombination und die Emission hochharmonischer Photonen durchläuft. Die Kurzpulsdauer des Treibers, oft wenige Zyklen des Laserfeldes, und eine stabile Carrier-Envelope-Phase ermöglichen isolierte Attosekundenpulse oder Pulse-Trains, die im XUV-Bereich reichen.

Methode: Attosecond-Streaking, RABBITT (Reconstruction of Attosecond Beating By Interference of Two-photon Transitions) und ATAS (Attosecond-Transient-Absorptionsspektroskopie) dienen der Charakterisierung der Pulse sowie der zeitlichen Dynamik in Zielsystemen. Streaking nutzt ein IR-Probe-Signal, um die Photoelektronenenergie zeitlich abzubilden; RABBITT basiert auf Interferenz von Zwei-Photonenprozessen und liefert Verzögerungswerte. ATAS beobachtet zeitliche Änderungen der Absorption in Elementen oder Molekülen nach XUV-Anregung.

Anwendungen: Verfolgung elektronischer Bewegungen in Atomen und Molekülen, Untersuchung von Photoionisationsverzögerungen, Charge-Migration, Reaktionsdynamik sowie ultrafast Elektronenprozesse in Festkörpern und Oberflächen. Die Erkenntnisse tragen zur Grundphysik der Elektronenkorrelation, zur Kontrolle chemischer Reaktionen und zur Entwicklung von XUV-Quellen und Messmethoden bei.

Stand und Perspektiven: Aktuelle Herausforderungen betreffen die Erzeugung von hochenergetischen, isolierten Attosekundenpulsen, effiziente Kopplung mit Proben, phasenstabile Synchronisation und Signal-Rausch-Verhältnis in komplexen Systemen. Fortschritte in HHG-Technologie, Detektorik und Theorien helfen, die zeitlichen Grenzlinien weiter zu verschieben.