Elektronen unter Beobachtung

Einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Giuseppe Sansone vom Physikalischen Institut der Universität Freiburg ist es erstmals gelungen, die elektronischen Wellenfunktionen von Atomen des Elements Neon vollständig in einem Zwei-Photonen-Ionisationsprozess zu rekonstruieren. Die Forschenden haben ihre Ergebnisse im Fachjournal „Nature Physics“ veröffentlicht.

Mit der Photoionisation bezeichnet die Physik eine Art der Wechselwirkung von Licht und Materie im extremen ultravioletten Bereich und im Spektralbereich der weichen Röntgenstrahlung. Dabei nimmt das Atom Licht, also ein Photon, auf und stößt ein Elektron ab, das aus einer Gruppe elektronischer Wellen besteht. Aus dem Atom wird in diesem Prozess ein Ion. Im Experiment bestrahlten die Forschenden das Atom mit einem Laser, dessen hohe Intensität es ermöglicht, dass das Atom zwei Photonen aufnimmt und zwei Elektronen freigibt, wodurch wiederum doppelt ionisierte Atome entstehen. Dabei veränderte das Team die Eigenschaften des Laserstrahls und untersuchte, wie sich die elektronischen Wellen daraufhin in ihrer Form wandelten und in welchem Winkel sie sich bewegten. Die Forschenden konnten mit ihren Messungen die heraustretenden sowie die gebunden elektronischen Wellenfunktionen der im Atom verbleibenden Elektronen darstellen. „Die Ergebnisse erlauben uns, die Wechselwirkung zwischen Atomen und intensiven Laserfeldern im Röntgenbereich in den kleinsten Aspekten zu charakterisieren“ erläutert Sansone. „Dies ist für die zukünftigen Anwendungen der neuesten Laserquellen wie dem Freien-Elektronen-Laser ‚XFEL‘ in Hamburg von großer Bedeutung.“

Originalpublikation:
P.A. Carpeggiani et al. (2018): Complete reconstruction of bound and unbound electronic wavefunctions in two-photon double ionization. In: Nature physics. DOI: 10.1038/s41567-018-0340-4