PumpProbeExperimenten

PumpProbeExperimenten, auch als Pump‑Probe‑Experimente bekannt, bezeichnet eine Klasse zeitaufgelöster Messverfahren in Physik, Chemie und Materialwissenschaft. Bei diesen Experimenten versetzt ein Pump-Puls ein System in einen angeregten Zustand, während ein zweiter Puls – die Probe – mit einer kontrollierten Verzögerung das System abfragt und dessen dynamische Entwicklung misst.

Typische Verzögerungszeiten reichen von wenigen Femtosekunden bis zu einigen Picosekunden, selten darüber hinaus. Durch das systematische Variieren der Verzögerung entsteht eine zeitliche Abbildung der Dynamik, etwa von Relaxationsprozessen, Energietransfer oder Quantenkohärenzen. Die Messsignale können Transienten in Absorption, Reflektion, Emission oder in Streuung/Beugung sein, je nach verwendeter Technik.

Zu den gängigen Varianten gehören optische Pump-Probe-Spektroskopie, bei der zeitaufgelöste transiente Absorption oder Transmittance gemessen wird, sowie zeitauflösende Photoemission (tr-PE). Darüber hinaus werden zeitaufgelöste Diffraction- und Beugungstechniken eingesetzt, einschließlich ultrakurzer Elektronen- und Röntgenpump-Probe-Messungen (z. B. time-resolved electron diffraction, X-ray pump-probe). Kombinationen aus optischen und Röntgen-/Elektronenmessungen ermöglichen direkte Einblicke in Elektronen- und Strukturdynamik.

Anwendungen reichen von der Untersuchung chemischer Reaktionsmechanismen und Energietransfer in Molekülen sowie Halbleitern bis hin zu Phasenübergängen in Festkörpern, Vibrations- und Rotationsdynamik sowie nichtgleichgewichtigen Zuständen in Materialien. Historisch prägte Ahmed Zewail die Femtochemie durch Pump-Probe-Ansätze; seitdem hat sich die Technik zu einem zentralen Werkzeug für Ultrafast Science entwickelt. Wichtige Herausforderungen sind die Synchronisation von Pump und Probe, zeitlicher Jitter, Probenbelastung und komplexe Datenanalyse.