Born Oppenheimer Näherung

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1. A tom e als Q uantenm echnische Teilchen 1.1.W iederholung Interferenz und D oppelspalt,Paradoxien,D elayed C hoice 1.2.D oppelspaltversuche m itTeilchen: 1.2.1. Elektronen 1.2.2. Atome,Moleküle 1.3.D ekohärenz:Teilchenstreuung,Lichtstreuung,therm ische Em ission 1.4.Beispiel H 2 1.5.Lichtgitter 1.6.Atom spiegel 2. W echselw irkung m itAtomen 2.1.Photon-Atom Wechselwirkung 2.1.1. Wiederholung:Photoeffekt,Comptoneffekt, 2.1.2. W inkel-und Energieverteilungen 2.1.3. D oppelanregung,Interferenzeffekte 2.1.4. Mehrfachionisation:Mechanism en, Energie-und Winkelverteilungen 2.1.5.M olekulare Photoionisation:H öhere Drehimpulse 2.2.Atom e in starken Laserfeldern 2.2.1. Multiphotonenionisation 2.2.2. Tunnelionisation 2.2.3. D erR ückstreum echanism us:H öhere H arm onische, hochenergetische Elektronen,D oppelionisation 2.2.4. M ehrfachionisation:M echanism en,Im pulse und Energien 2.3.Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation 2.3.3. Mehrelektronenprozesse

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Born Oppenheimer Näherung. r e. Kernwellenfunktion. Elektronische Wellenfunktion R nur Parameter. Näherung: Harmonischer Oszillator. Potential Wie sieht die Wellenfunktion dazu aus?. R pp (Kernabstand). Measure the internuclear distance: Reflection Approximation. harmonic - PowerPoint PPT Presentation

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Page 1: Born Oppenheimer Näherung

1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice 1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.2.1. Elektronen 1.2.2. Atome, Moleküle 1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 1.4. Beispiel H2 1.5. Lichtgitter 1.6. Atomspiegel

2. Wechselwirkung mit Atomen 2.1. Photon-Atom Wechselwirkung 2.1.1. Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.1.2. Winkel- und Energieverteilungen 2.1.3. Doppelanregung, Interferenzeffekte 2.1.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und

Winkelverteilungen

2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Multiphotonenionisation 2.2.2. Tunnelionisation 2.2.3. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation 2.3.3. Mehrelektronenprozesse

Page 2: Born Oppenheimer Näherung

Born Oppenheimer Näherung

Rpp(Kernabstand)

re

Kernwellenfunktion Elektronische Wellenfunktion

R nur Parameter

PotentialWie sieht die Wellenfunktion

dazu aus?

Näherung:Harmonischer

Oszillator

Page 3: Born Oppenheimer Näherung

Measure the internuclear distance: Reflection Approximation

harmonic

oszillatorMorsePotential

Page 4: Born Oppenheimer Näherung

E

CO

1.13 Å

1.08 Å

CO+(C1s)

300meV

hElektronenenergie

Page 5: Born Oppenheimer Näherung

Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules

CO

CO

h = 295 eV

e- from K-shell, 10eV Energy

molecular orientationmeasurement

Polarization

Page 6: Born Oppenheimer Näherung

Molecular Innershell Photoionization – fixed in space molecules

h = 295 eVPhotoelectron

(10eV)

C O C O

Auger Electron250 eV

CO

CO2+++

C

OC

O2+

+

+

Page 7: Born Oppenheimer Näherung

O C

Polarization

Interference between different classical paths (diffraction pattern)

h

He + 99eV -> He1+(1S) + e-

Page 8: Born Oppenheimer Näherung

He + 99eV -> He1+(1S) + e-

O C

Polarization

Interference between different classical paths (diffraction pattern)

h

h = 295 eV

+L = 1

(within dipole approximation)Entangled State

of rotating Moleculeand Electron

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Page 10: Born Oppenheimer Näherung

O C

h

O C

h

Page 11: Born Oppenheimer Näherung

O C

h

O C

h

2

1,14...1

)sin(),(

04...0

)cos(),(

),,(

ml

eelmY

lmA

ml

eelmY

lmA

eeF

Page 12: Born Oppenheimer Näherung

Chirality in Nonmagnetic Systems?

initialstate

finalstate

Chiral many body,intial states

oriented molecules

Theoretical Prediction: Dubs, McCoy PRL 45 (1985)Pioneering Experiment:

Circular Dichroism CO on surfaceSchönhense et al

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Circular Dichroism from Aligned Molecules?

9 eV K-Shell N2

Circular light measuresPHASE SHIFTS (parallel/perp)

Jahnke et al, PRL 88(2002)073002

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Page 18: Born Oppenheimer Näherung

Zwischen Atomen und Molekülen:

van der Vaals Cluster

Page 19: Born Oppenheimer Näherung

Inter Atomic Coulombic Decay

1. Wie können Atome innere Energie abgeben?

2. Beeinflußt die Umgebung die Eigenschaften des Atoms?

Page 20: Born Oppenheimer Näherung

Flourescence decay

Decay processes of electronically excited particles:

Auger decay

Pierre Auger 1925

Ene

rgy

1s1s

2s2p

Ene

rgy

1s1s

2s2p

Page 21: Born Oppenheimer Näherung

Flourescence decay

Decay processes of electronically excited particles:

Auger decay

Inter Atomic Coulombic Decay (ICD) (L. Cederbaum et al. PRL 79,4778(1997)

energy transfervirtual photon

exchange

ICD electronfrom neighbor atom

Page 22: Born Oppenheimer Näherung

Where?

van der Vaals Cluster

Hydrogen bonded systemsLiquids

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Page 24: Born Oppenheimer Näherung

Neon - Dimer

3.1 A

Binding energy Ne2 1.5 meVvan der Vaals Force

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Neon - Dimer

3.1 A

1s

2s2p

Ne+

Auger decayenergetically forbiddenfrom Ne+(2s-1)- 11eV 1s

2s2p

Ne

energy transfervirtual photon

exchange

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Page 27: Born Oppenheimer Näherung

Ne+Ne+

Page 28: Born Oppenheimer Näherung

Ne+ Ne+

single photon below Ne2+ threshold

Till Jahnke, et al. PRL 93, 163401 (2004)

Page 29: Born Oppenheimer Näherung

Ne+ Ne+

Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)

ele

ctro

n e

ne

rgy

(eV

)2s Photoelectron

5eV Energy of Ne 2

(2s-1 )

ICD electron

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Ne+ Ne+

Santra et al.PRL 85, 4490-4493 (2000)

Ne2

Ne2(2s-1)+

Photo-electron10eV

h=59 eV

Ne+ Ne+

ICD e-

KER

Page 31: Born Oppenheimer Näherung

Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)

ele

ctro

n e

ne

rgy

(eV

)

Ne2

Ne2(2s-1)+

Photo-electron10eV

h=59 eV

Ne+ Ne+

ICD e-

KER

Page 32: Born Oppenheimer Näherung

Ne+ Ne+ Kinetic Energy Release (eV)

ele

ctro

n e

ne

rgy

(eV

)ICD-e-

KER

Photo-e-Ne2+(2s-1)

Ne+ Ne+

ICD

Santra et al PRL 85,4490(2000)

Page 33: Born Oppenheimer Näherung

1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice 1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.2.1. Elektronen 1.2.2. Atome, Moleküle 1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 1.4. Beispiel H2 1.5. Lichtgitter 1.6. Atomspiegel

2. Wechselwirkung mit Atomen 2.1. Photon-Atom Wechselwirkung 2.1.1. Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.1.2. Winkel- und Energieverteilungen 2.1.3. Doppelanregung, Interferenzeffekte 2.1.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und

Winkelverteilungen 2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Multiphotonenionisation 2.2.2. Tunnelionisation 2.2.3. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation 2.3.3. Mehrelektronenprozesse

Page 34: Born Oppenheimer Näherung

1899 J.J. Thomson1900 Elster & Gütel1900 Lenard

e-

e-e-e-

-

A

0- +

I

low intensity

high intensity

Potential

max. electron energy independent

of intensity

monochromatic light

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24.6 eV+ 54.4 eV

79 eV

0

Ene

rgy

“BIG Photon” E>Ebind

Page 36: Born Oppenheimer Näherung

24.6 eV+ 54.4 eV

79 eV

0

Ene

rgy

“Small Photon”1.5eV (800nm)

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Page 38: Born Oppenheimer Näherung

24.6 eV+ 54.4 eV

79 eV

0

Ene

rgy

53 photons@800 nm

1015 W/cm2

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• Extrem nichtlineare Prozesse von Störungstheorie

• (Elektronische)Materie unter extremen Bedingungen

• Extrem kurz Zeiten “Attosekunden” “Elektronenbewegung sichbar machen”

Viele interessante Fragen:

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100um

Ziel: 1015 W/cm2 ?????

Laser: 1 W, 800nm

Faktor 106Räumliche Kompression:5 cm Brenweite: 5mm -> 5 um focus

Zeitliche Kompression:1kHz, 220 fsec (10-15)

Faktor 1010

50 um

5um

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Photo: S.Voss

Lichtgeschosse:

•3*3*3 m3

•30 ... 6 femto Sekunden•Lichtgeschwindigkeit•Leistungsdichte 1016W/cm2

•0.2 milli Joule•1.25 106 GeV•2*1015 Photonen (a 1.5 eV)•Elektrische Felder > 1011 V/m

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1. Atome als Quantenmechnische Teilchen 1.1. Wiederholung Interferenz und Doppelspalt, Paradoxien, Delayed Choice 1.2. Doppelspaltversuche mit Teilchen: 1.2.1. Elektronen 1.2.2. Atome, Moleküle 1.3. Dekohärenz: Teilchenstreuung, Lichtstreuung, thermische Emission 1.4. Beispiel H2 1.5. Lichtgitter 1.6. Atomspiegel

2. Wechselwirkung mit Atomen 2.1. Photon-Atom Wechselwirkung 2.1.1. Wiederholung: Photoeffekt, Comptoneffekt, 2.1.2. Winkel- und Energieverteilungen 2.1.3. Doppelanregung, Interferenzeffekte 2.1.4. Mehrfachionisation: Mechanismen, Energie- und

Winkelverteilungen 2.1.5. Molekulare Photoionisation: Höhere Drehimpulse

2.2. Atome in starken Laserfeldern 2.2.1. Erinnerung an Einstein

2.2.2. Woher kommen die Intensitäten 2.2.3. Eigenschaften und Größenordnungen 2.2.4. Beobachtungsgrössen RATE Sättigung 2.2.5. Physikalische Bilder: Photonen versus Feld 2.2.6. Der Rückstreumechanismus: Höhere Harmonische,

hochenergetische Elektronen, Doppelionisation 2.2.7. Mehrfachionisation: Mechanismen, Impulse und Energien 2.3. Ion-Atom Stöße 2.3.1. Elektronentransfer 2.3.2. Ionisation