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Tunnel ionization in three-dimensional tailored light fields

Description du projet

Examiner comment les particules quantiques traversent des barrières physiques apparemment infranchissables en 3D

En mécanique quantique, les électrons peuvent être libérés grâce à des potentiels atomiques et moléculaires courbés par de fortes impulsions laser. Ce processus est connu sous le nom d’ionisation tunnel et est dépourvu d’analogon classique. Le champ électrique des impulsions laser était jusqu’à présent limité à une ligne 1D ou à un plan 2D. Au cours du projet 3DTunneling, financé par le CER, un dispositif expérimental capable de synthétiser des champs lumineux en 3D sera développé, et un nouveau système de détection en 3D permettant d’étudier l’ionisation par tunnel à partir d’atomes, de molécules diatomiques et de molécules chirales sera mis au point. Cette nouvelle plateforme de détection 3D/lumière 3D augmentera la sensibilité de l’effet tunnel à champ fort aux propriétés 3D des orbitales atomiques et moléculaires avec une résolution inférieure au nanomètre et à l’attoseconde.

Objectif

Tunneling is a non-resonant, quantum mechanical process without any classical analog. The electric field of a strong laser pulse can bend atomic and molecular potentials such that an electron can be liberated via tunneling. This allows for probing properties of atomic and molecular orbitals with subnanometer and attosecond resolution (like a tunneling microscopes tip probes properties of the investigated surface). So far, the electric field vector is restricted to a one-dimensional line (1D, e.g. linearly polarized light) or a two-dimensional plane (2D, e.g. circularly polarized light). Since tunneling acts like a filter to the same 1D or 2D subspace in position space, this limits the sensitivity to the 3D structure of the probed orbital. I propose to build an experimental setup that can synthesize 3-dimensional (3D) light fields with peak intensities of up to 1015 W/cm2. 3D light fields will significantly increase the sensitivity of strong field tunneling to the 3D properties of the bound electronic wave function. Further, non-adiabatic dynamics during tunneling and subsequent acceleration, recollision, or recapture of the electronic wave packet will be driven by the time-dependent 3D field as well. This will e.g. allow for the creation of chiral electron distributions in atoms (i.e. chiral atoms), selectively tunnel ionize one enantiomer of a racemic mixture of chiral molecules and enable a new type of pump-probe experiments. The capability to generate 3D light fields will be matched with a 3D detection system, which measures 3D electron momenta in coincidence with ionic fragments. My team and I will use this novel 3D-light-3D-detection-platform to investigate tunnel ionization from atoms, diatomic molecules, and chiral molecules. I anticipate that the proposed experiments will give rise to a new class of experiments on light-matter interaction and provide ground-breaking insight regarding the quantum mechanical process of tunneling itself.

Champ scientifique (EuroSciVoc)

Mots‑clés

Programme(s)

Thème(s)

Régime de financement

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Appel à propositions

(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2022-STG

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Institution d’accueil

JOHANN WOLFGANG GOETHE-UNIVERSITAET FRANKFURT AM MAIN
Contribution nette de l'UE
€ 1 836 780,00
Adresse
THEODOR W ADORNO PLATZ 1
60323 Frankfurt Am Main
Allemagne
Région
Hessen Darmstadt Frankfurt am Main, Kreisfreie Stadt
Type d’activité
Higher or Secondary Education Establishments
Liens
Coût total
€ 1 836 780,00

Bénéficiaires (1)