Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

Institut für Physik

Fachgebiet: Theoretische Physik

Betreuer: Prof. Dr. Dieter Bauer



Dipl. Phys. Thomas Keil
(e-mail: thomas-keil@mail.de )

Photoelectron Spectra with Quantum Trajectories beyond the plain Strong-Field Approximation

Die Berechnung von Photoelektronenspektren (PES) im Bereich der starken Laser-Materie-Wechselwirkung ist eine große Herausforderung für die theoretische Physik. Bereits seit einigen Jahrzehnten ist die Starkfeldnäherung (SFA) in dieser Hinsicht sehr erfolgreich. Zudem vermittelt diese dank der Formulierung mittels Quantentrajektorien tiefe Einblicke in die Dynamik des Ionisationsprozesses. Allerdings wird in der reinen SFA der Einfluss des Coulomb-Potentials auf das emittierte Elektron vernachlässigt. Im Rahmen der fortschreitenden Entwicklung experimenteller Techniken führt diese Näherung dazu, dass immer mehr Phänomene entdeckt werden, die sich selbst auf qualitativer Ebene einer Beschreibung durch die SFA entziehen.

In dieser Arbeit untersuchen wir verschiedene Erweiterungen dieser Theorie, um Merkmale von Spektren zu analysieren, deren Nachbildung jenseits der Möglichkeiten der reinen SFA liegen. Wir befassen uns mit verschiedenen Systemen, in denen zusätzliche Kräfte die emittierten Elektronen beeinflussen. Zuerst das kollektive Feld eines lasergetriebenen Metallclusters, welches bei resonanter Anregung zu unerwartet starker Beschleunigung der emittierten Elektronen führen kann. Dann das Coulomb-Potential des zurückbleibenden Ions, aufgrund dessen bei bestimmten Parametern die Elektronenausbeute im Bereich der cutoff-Energie für die direkte Ionisation weit höher ausfällt als erwartet. Zuletzt die magnetische Lorentzkraft, die erst dann überhaupt in Erscheinung tritt, wenn die Dipolnäherung aufgegeben wird. Diese kann selbst bei nichtrelativistischen Parametern in den PES zu Asymmetrieeffekten in Bezug auf die Propagationsrichtung des Laserpulses führen.

Für die verschiedenen Systeme werden passende Methoden von der trajektorienbasierten SFA abgeleitet und verwendet, um PES zu berechnen. Die Resultate werden auf qualitativer Ebene mit der Lösung der zeitabhängigen Schrödingergleichung (TDSE) oder Referenzresultaten aus der Literatur verglichen. Die Analyse der Probleme mit Hilfe von Quantentrajektorien ermöglicht uns, die den betrachteten Effekten zugrundeliegenden physikalischen Mechanismen besser zu verstehen.