Wie Atome im Laserfeld Elektronen verlieren
Der letzte in der Seilschaft zieht die anderen hinterher
In starken Laserfeldern verlieren Moleküle ihre Elektronen schneller als Atome mit einer vergleichbaren Ionisierungsenergie. Die Ionisierungsrate für die mehrfache Ionisierung eines zweiatomigen Moleküls ist deutlich erhöht, wenn die Molekülachse parallel zum elektrischen Feld des Lasers ausgerichtet ist. Physiker vermuteten bisher, dass der Effekt des Laserfelds durch das Feld des benachbarten, bereits ionisierten Atoms im Molekül verstärkt wird. „Es ist so ähnlich wie bei einer Seilschaft, die einen Berg hinauf steigt. Wenn der letzte in der Reihe abstürzt, kann einer nach dem anderen Bergsteiger weiter oben am Berg ebenfalls in den Abgrund stürzen.“
Um das kontrovers diskutierte Modell zu überprüfen, hat die Gruppe um Prof. Reinhard Dörner vom Institut für Kernphysik der Goethe Universität ein Dimer der Edelgase Argon und Xenon im Feld eines Femtosekundenlasers untersucht. Sie konnten bestätigen, dass ein Elektronenloch in dem Molekül tatsächlich Elektronen aus dem noch nicht ionisierten Bindungspartner „herauszieht“.
Ionisierungsprozesse in Atomen und Molekülen zu verstehen, die intensiven, ultrakurzen Laserpulsen ausgesetzt sind, ist eine grundlegende Voraussetzung, um chemische Reaktionen und biologische Photo-Prozesse zu steuern.
Die Arbeit ist auch ein Erfolg der zunehmenden internationalen Strahlkraft der Goethe Universität. Erstautor der Studie ist J. Wu von der East China Normal University, Shanghai, der als Stipendiat der Humboldt-Stiftung zwei Jahre an der Goethe Universität verbrachte und jetzt in seine Heimat zurückgekehrt ist. „Herr Wu ist ein wirklich herausragender Nachwuchswissenschaftler, der wegen unserer Technik zu uns nach Frankfurt gekommen ist. Er wird die hier erworbene Erfahrung in China nutzen und auch wiederkommen. Ohne die Humboldt-Stiftung hätten wir niemals einen so herausragenden Wissenschaftler für Frankfurt gewonnen“, freut sich Dörner.
Publikation in Nature communications:
J. Wu1,2, M. Meckel1, L.et al.: Probing the tunneling site of electrons in strong field enhanced ionization of molecules, doi: 10.1038/ncomms2130