Emission kurzwelliger Photonen und Elektronenemission aus freien und deponierten Nanopartikeln in kontrollieren, ultraschnellen, laserinduzierten, nanolokalisierten Feldern

• Antragsteller: Professor Dr. Thomas Fennel; Professor Dr. Matthias Kling; Professor Dr. Eckart Rühl
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2009 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 138341798

Es wird die Emission von kurzwelligen Photonen und Elektronen, die aus nanoskopischer Materie definierter Struktur und Größe emittiert werden, in kontrollierten, ultraschnellen, nanolokalisiertern Laserfeldern untersucht. Dies erfordert die enge Zusammenarbeit zwischen drei Arbeitsgruppen der Physikalischen Chemie, Experimentalphysik und Theoretischen Physik. Femtosekundenlaser sowie Wenig-Zyklen - Kurzpulslaser kommen zum Einsatz. Dabei werden sowohl isolierte Nanopartikel sowie regelmäßige Strukturen, die aus Nanopartikeln aufgebaut sind, in die Studien einbezogen, so dass die Beiträge der intrinsischen Eigenschaften der Partikel, deren Größe und innerer Aufbau systematisch variiert, sowie die Feldverstärkung in Nanopartikelarrays systematisch erforscht werden. Insbesondere sind in großen Nanopartikeln Fokussierungseffekte zu erwarten, wenn die Partikelgröße ähnlich der Wellenlänge der anregenden Photonen ist. Intensive Wenig-Zyklen-Laserpulse haben den Vorteil, dass sich eine Metallisierung dielektrischer Partikel, nicht-lineare Emissionsprozesse, Phasenübergänge und Propagationseffekte beobachten lassen. Von besonderer Bedeutung ist die Untersuchung des Zusammenhangs zwischen der Elektronenemission und der Emission von kurzwelliger Strahlung. Dabei sollen die höheren Harmonischen, die als kohärenter Anteil der Strahlung emittiert werden, vom inkohärenten Anteil der Emission unterschieden werden. Kontrollmechanismen der Elekronen- und Phtonenemission sollen mit Hilfe der Trägerphaseneinhüllenden sowie durch Überlagerung der Fundamentalen mit der zweiten Harmonischen von Femtosekundenpulsen studiert werden. Von besonderer Bedeutung ist die theoretische Analyse der experimentellen Resultate zur Wechselwirkung von Nanopartikeln mit intensiven Laserfeldern. Es soll, aufbauend auf Vorarbeiten, ein Mie-Monte-Carlo-Modell entwickelt werden, um Propagationseffekte in großen Nanopartikeln nahe der Ionisationsschwelle zu untersuchen. In enger Wechselwirkung mit den experimentellen Studien werden die Nanofokussierung, evaneszente Nahfelder und lokales Trapping, das durch Ionisation induziert wird, studiert. Darüber hinaus soll die neuartige mikroskopische ,‚Particle-in-Cell‘‘-Technik weiterentwickelt und eingesetzt werden, damit sich in Laserplasmen die Metallisierung von dielektrischen Nanomaterialien, Plasmawellen und Nichtlinearitäten der dielektrischen Response modellieren lassen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1391: Ultrafast Nanooptics
• Beteiligte Person: Dr. Jürgen Plenge