Die Aktivitäten der Arbeitsgruppe im Bereich der experimentiellen Festkörperphysik lagen auf folgenden Schwerpunkten

Pulsformung & Kohärente Kontrolle

Der Kern unseres Projektes war die photoinduzierte Kontrolle elementarer Prozesse in einfachen Molekülen und Aggregaten. Auf diesem Gebiet wurden in den letzten Jahren beachtliche Erfolge erzielt. Von besonderem Interesse waren hier selbst lernende Algorithmen die angewendet wurden, um maßgeschneiderte Laserpulse auf die genau die Art und Weise zu erzeugen, dass sie die Ausbeute eines Prozesses entlang eines bestimmten Reaktionspfades maximierten. Die am Ende gewonnene Pulsform enthielt intrinsische Informationen über das studierte System und zugrundeliegende Prozesse. Kleine Alkalimultimere eigneten sich besonders gut als Modellsysteme. Sie verfügten über mehrere Bindungszustände, zwischen denen bereits mit schwachen Feldern resonante Übergänge induziert werden können. Dies vereinfacht die theoretische Beschreibung und Interpretation der Daten.

Photoassoziation kalter Moleküle

Wir verfolgten eine neue Strategie der Photoassoziation von Molekülen. Die zunächst nur lose, d. h. als Van-der-Waals-System aneinander gelagerten Reaktanden, sollten mittels optimal gestalteter Lichtfelder einen bestimmten Reaktionspfad entlang geführt und letztlich in ein stabiles Endprodukt überführt werden. Dabei wurden unterschiedliche Spektralkomponenten ultrakurzer Laserpulse mittels geeigneter Pulsformer, wie z. B. Flüssigkristallmodulatoren, dem zeitlichen Ablauf der Reaktion angepasst. Hierfür wurden – gemäß dem Vorbild der Natur – genetische Algorithmen eingesetzt. Auf diese Weise wurde zum einen die Ausbeute der Reaktion maximiert, zum anderen beinhalteten die so gewonnenen optimalen Pulsformen wichtige intrinsische Informationen über den gefundenen Reaktionspfad. Erste Experimente sollten am Modellsystem dotierter Quecksilbercluster durchgeführt werden. Später jedoch planten wir, auch größere molekulare Reaktanden, beispielsweise aus dem Bereich biologischer Grundbausteine, eingebettet in Heliumtröpfchen, optisch zu neuen Produkten zusammenzuführen.

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NeNePo & Oberflächenspektroskopie

Edelmetallcluster verfügten über faszinierende physikalische und chemische Eigenschaften. Insbesondere konnten sie als Reaktionszentrum bei bedeutenden katalytischen Prozessen eingesetzt werden. Ihre größenabhängige Reaktivität machte sie zu einem idealen Modellsystem für kinetische und spektroskopische Untersuchungen. Unsere Forschung richtete sich auf die bisher unverstandenen Wechselwirkungen dieser kleinen Metallcluster mit adsorbierten Molekülen. Im Zentrum unserer Betrachtungen standen Messungen zur Gasphasenkinetik sowie Untersuchungen zur Femtosekundenreaktionsdynamik mittels Gasphasen-NeNePo-Spektroskopie und Oberflächenlaserspektroskopie. Diese Arbeit war Teil des Sonderforschungsbereiches SFB 450: Analyse und Kontrolle ultraschneller photoinduzierter Reaktionen.

Lichtdetektion und Entfernungsmessung

Viele Phänomene in der Natur konnten durch Laborversuche nicht in einem zufriedenstellenden Maße untersucht werden. So erforderten z. B. Gewitterblitze etwa zehnmal geringere Feldstärken als die im Labor simulierten. LiDaR (Light Detecting and Ranging) ermöglichte die Erforschung atmosphärischer Prozesse in ihrer natürlichen Umgebung. Wir verfolgten zwei experimentelle Ansätze: Einerseits führten wir eine kontinuierliche Untersuchung von Aerosolen im Labor durch, andererseits nutzten wir Femtosekundenlaser zur Generierung diverser nichtlinearer Effekte in Luft. Die fs-LiDaR-Forschung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG (SPP 1176 CAWSES) und dem deutsch-französischen Projekt „Teramobile“ (DFG SA 325/5) unterstützt.