Spin-resolved strong field ionisation

Projektbeschreibung

Ein besseres Verständnis von Elektronen könnte auch Aufschluss über sich dynamisch verändernde Bindungen geben

Optische Verfahren zur Visualisierung der Welt um uns herum haben seit den ersten Lichtmikroskopen vor etwa 400 Jahren enorme Fortschritte gemacht. Extrem schnelle Starkfeld-Bildgebungsverfahren, die auf starken Laserfeldern beruhen, führen uns in die Zukunft. Wir stehen kurz davor, die Molekulardynamik in Echtzeit zu beobachten – das Brechen von Bindungen und ihre Neubildung sowie laufende chemische Reaktionen mit einer zeitlichen Auflösung im Maßstab von Attosekunden (ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde). Allerdings wurden in den theoretischen Modellen, auf denen solche bildgebenden Verfahren basieren, bis vor Kurzem noch der Elektronenspin und die Spin-Bahn-Kopplung (zwischen dem Spin des Elektrons und seinem Bahndrehimpuls um den Kern) vernachlässigt. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts SSFI sollen modernste numerische Modelle mit einzigartigen experimentellen Messungen von Starkfeldprozessen integriert werden, um eine mathematische Beschreibung zu entwickeln, die bahnbrechende, extrem schnelle molekulare Bildgebungsverfahren ermöglicht.

Ziel

Molecular movies depicting chemical reactions via attosecond (10^-18 s) snapshots, which vastly improve our understanding of molecular dynamics is within our grasp. Strong-field imaging techniques under development, such as photoelectron holography, promise just this. However, up until very recently all strong-field theoretical models have neglected spin and spin-orbit coupling. Initial work including spin in the initial state, along with recent experiments, has shown that spin in strong-field processes is vitally important, leading to different ionisation probabilities which in turn may alter the all important electron dynamics. In this project, I will utilise and develop cutting edge theoretical frameworks to fully include electron spin for strong-field processes in atoms and molecules. I will develop a semi-analytic model, which fully includes spin and spin-orbit coupling for single active electron and two active electron cases. This is motivated by the long history of semi-analytic methods that have been developed in this field, which have enabled unprecedented access into the electron dynamics for strong-field processes. As such, developing a model for spin will reveal deep new physical insight. I will validate the methodology by exploiting my supervisors expertise and contacts, collaborating with theorists employing complementary cutting-edge numerical models and with the only group of experimentalists to have performed spin measurements on strong-field processes. A proper treatment will allow more advanced and robust imaging techniques. I will explore the use of spin to enhance existing imaging processes such as photoelectron holography. Furthermore, I will develop the semi-analytic model for two electrons and explore spin entanglement and correlation with momentum in two-electron ionisation processes, to design entirely new imaging procedures. This analysis will also open up the possibility of exploiting this system for quantum information purposes.