Bei der Wechselwirkung starker (laser-)Felder mit Materie kommt es zu nichtlinearen Effekten, die eine Reihe interessanter Prozesse in Gang setzen. Unsere Arbeit reicht dabei vom Studium des Photoelektron-Spektrums von Atomen, zweiatomiger Moleküle, sehr spitzer Metallnadeln oder Metalloberflächen [1-3] bis zur Emission hochfrequenter Strahlung ("High Harmonics Generation") aus Atomen, Molekülen und Festkörpern [4,5]. Dazu untersuchen wir auch den Ladungstransport in Isolatoren unter Einfluss starker Laserfelder [6]. Zur Simulation dieser Prozesse verwenden wir semiklassische Methoden, lösen die zeitabhängige Schrödingergleichung oder bilden die Systeme in großen Programmpaketen für zeitabhängige Dichtefunktionalrechnungen nach. Alle Forschung in diesem Gebiet erfolgt in enger Zusammenarbeit mit experimentellen Gruppen.

© Isabella Floss

Abbildung 1: Durch die Anregung eines Dielektrikums durch ein externes Laserfeld kommt es zu nichtlinearen Effekten, die zur Emission hochfrequenter Strahlung ("High-Harmonic Generation") führen. Interferenzeffekte führen…

Abbildung 1: Durch die Anregung eines Dielektrikums durch ein externes Laserfeld kommt es zu nichtlinearen Effekten, die zur Emission hochfrequenter Strahlung ("High-Harmonic Generation") führen. Interferenzeffekte führen zur Auslöschung oder Verstärkung bestimmter Frequenzen während der Propagation durch das Material (vorne: Spektrum auf Eintrittsfläche, hinten: Spektrum der emittierten Strahlung)

Derzeit untersuchen wir die Dekohärenz von Leitungselektronen, die durch ultrakurze Pulse angeregt wurden (Abb. 1, [7]) mithilfe einer Quanten-Monte-Carlo Simulation, in der die Wechselwirkung der Elektronen mit dem Kristall ("Wärmebad") und zwischen mehreren angeregten Elektronen berücksichtigt wird.

In einem anderen Forschungsprojekt beschäftigen wir uns mit der Emission von Photoelektronen, die für ultrakurze Laserpulse von der genauen Form des Feldverlaufs abhängt. Dabei zeigen sich deutliche Unterschiede zwischen kristallinen und amorphen Materialien [3], und auch Wasseroberflächen wurden untersucht.

[1] A. Suñer-Rubio, C. Lemell, R.Y. Bello, J. Burgdörfer, A. Palacios, F. Martín, Phys. Rev. Res. 6, L022066 (2024), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[2] M. Krüger, C. Lemell, G. Wachter, J. Burgdörfer, P. Hommelhoff, J. Phys B 51, 172001 (2018), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[3] D. Potamianos, M. Schnitzenbaumer, C. Lemell, P. Scigalla, F. Libisch, E. Schock-Schmidtke, M. Haimerl, C. Schröder, M. Schäffer, J.T. Küchle, J. Riemensberger, K. Eberle, Y. Cui, U. Kleineberg, J. Burgdörfer, J.V. Barth, P. Feulner, F. Allegretti, R. Kienberger, Science Adv. 10, eado0073 (2024), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[4] M. Monfared, E. Irani, C. Lemell, J. Burgdörfer, Phys. Rev. A 106, 053108 (2022), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[5] I. Floss, C. Lemell, K. Yabana, J. Burgdörfer, J. Phys.: Conf. Ser. 1412, 082007 (2020), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[6] M. Ossiander, K. Golyari, K. Scharl, L. Lehnert, F. Siegrist, J.P. Bürger, D. Zimin, J.A. Gessner, M. Weidman, I. Floss, V. Smejkal, S. Donsa, C. Lemell, F. Libisch, N. Karpowicz, J. Burgdörfer, F. Krausz, M. Schultze, Nature Comm. 13, 1620 (2022), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.

[7] I. Floss, C. Lemell, G. Wachter, V. Smejkal, S.A. Sato, X.-M. Tong, K. Yabana, and J. Burgdörfer, Phys. Rev. A 97, 011401(R) (2018), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster and I. Floss, C. Lemell, K. Yabana, and J. Burgdörfer, Phys. Rev. B 99, 224301 (2019), öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster.