pumpprobetekniker

Pumpprobetekniker är en grupp tidsupplösta spektroskopimetoder som används för att studera dynamiska processer i molekyler och material efter att provet har exciterats av ett kort pumppuls. Pumppulsen sätter provet i ett icke-ekvilibriumstillstånd genom att energi överförs till elektroniska eller vibrationala tillstånd. Efter en kontrollerad fördröjning används en probe-puls för att undersöka provet och tidsutvecklingen av excitationsprocessen följs.

Den vanligaste uppsättningen mäter förändringar i hur provet absorberar ljus, transmittans eller reflekterad styrka när probe-pulsen passerar. Resultatet kan beskrivas som differential absorption ΔA(λ,t), differential transmission ΔT/T eller förändringar i reflectans ΔR/R. Genom att variera pump-probe-fördröjningen fås tidsförlopp för olika processer, från femtosekunder till nanosekunder.

Experimenten byggs ofta kring ultrafast-lasersystem med mode-locked pulser, där pump och probe oftast har olika våglängder och ibland används terahertz- eller infraröda vägar. En tidsfördröjningsenhet reglerar pump-probe-fördröjningen och signalen registreras med lämpliga detektorer, såsom fotodioder, kameror eller spektrometrar.

Varianter inkluderar optisk pump-probe, terahertz pump-probe och time-resolved fluorescence eller upconversion. Vissa metoder följer ultrafast emission eller förändringar i refraktivt index; andra kombinerar pump-probe med mikroskopisk upplösning för rumslig kartläggning av dynamiken.

Användningsområden omfattar kemi, materialvetenskap, energi och biologi, där man studerar elektronövergångar, energi- och laddöverföring samt fotokemiska reaktioner i realtid. Historiskt hör pump-probe till ultrafast-kemi och har utvecklats kraftigt med ny laser- och detektorteknik; begränsningar innefattar krav på högpresterande pulslaser, risk för provskada vid höga intensiteter och komplex dataanalys för att skilja instrumentrespons från provdynamik.