Ultrakurze intensive Röntgenlaserpulse ermöglichen Beugungsexperimente zur Einzelschuss-Strukturanalyse von Nanoobjekten mit atomarer Auflösung. Ionisationsprozesse und ein starker Energieeintrag erzeugen jedoch simultan auch ein heißes, dichtes Plasma aus delokalisierten Elektronen und Ionen. Ein grundlegendes Verständnis der Anregungs- und Relaxationsdynamik von Materie unter Einwirkung kurzwelliger Laserstrahlung ist notwendig, um diese Prozesse bei der Rekonstruktion des Objektes zu berücksichtigen oder ihre Dynamik gezielt zu extrahieren. Für Edelgascluster können die auftretenden Vielteilcheneffekte mithilfe semiklassischer Molekular-dynamik weitgehend mikroskopisch beschrieben werden. Mit dieser Methode wurde der Einfluss des transienten Nanoplasmas auf die Elektronenemission, die Clusterexpansion und die Elektron-Ion-Rekombination umfassend untersucht und eingehend mit verfügbaren experimentellen Daten verglichen. Diese Untersuchungen liefern ein detailliertes physikalisches Bild der für die Clusterdynamik relevanten Mechanismen. Es werden darüber hinaus zwei nicht-optische Streaking-Szenarien vorgeschlagen, mit denen sich aus experimentell zugänglichen Pump-Probe-Elektronenspektren die ultraschnelle Entwicklung des Clusterpotentials ableiten lässt.
Ultrashort intense X-ray laser pulses enabled the structural analysis of individual nanoparticles via single-shot diffractive imaging. The laser-induced ionization processes and high energy deposition, however, lead to the generation of a dense plasma consisting of hot electrons and highly charged ions. A fundamental understanding of the excitation and relaxation dynamics of nanosized matter under short-wavelength laser fields is indispensable to retrace these effects in the reconstruction process or to extract their dynamics. For atomic cluster, the resulting complex many-particle effects can be described microscopically with a semi-classical molecular dynamics. By employing this method, the impact of the transient nanoplasma evolution on the electron emission, the cluster expansion, and the electron-ion-recombination processes is investigated and compared to available experimental data. The results uncover the relevant microscopic mechanisms and deliver a detailed physical picture of the cluster dynamics. In addition, two non-optical streaking scenarios are proposed, which give access to the ultrafast evolution of the cluster potential through experimentally accessible pump-probe electron spectra.