Non-Adiabatic Dynamics in Molecules Driven by Strong Laser Fields

强激光场驱动的分子非绝热动力学

基本信息

  • 批准号:
    2110376
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.84万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2024-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Professor Weinacht and his research team of graduate and undergraduate students will develop and use ultrafast-pulse high-power lasers to study the motion of electrons and nuclei in molecules. Observing such motion will advance our understanding of many natural processes in which the electrons and nucleus act in concert, including vision, energy storage, energy conversion, and chemical transformation. Understanding these dynamics is also important for the development of new technologies such as solar cells, ultrafast molecular switches, and quantum computers. While lasers are natural tools for manipulating and measuring electrons in molecules, one requires very short laser pulses in order to manipulate electrons in real time. The investigators in this project will use intense ultrashort laser pulses (with intensities far greater than at the surface of the sun, and durations of less than a hundredth of a trillionth of a second!) in order to ionize molecules, removing one of the many electrons bound to the molecule. They will take pictures of the electrons as they come off the molecules, making use of a technique called 'velocity map imaging'. These pictures can be used to understand the coupled dynamics of electrons and nuclei during ionization, which is important for understanding chemical dynamics and for developing high speed electronics.The experimental work will develop pulse shape spectroscopy in order to follow nonadiabatic dynamics in molecules. The work will compare measurements of strong field molecular ionization using shaped ultrafast laser pulses with more traditional pump probe measurements of excited state dynamics. The two approaches contain complementary information on coupled electron nuclear dynamics, which can be uncovered via detailed comparisons with calculations of the measurement observables. The work will deepen our understanding of nonadiabatic dynamics in molecules. Recent measurements from the group have highlighted the ability to control internal conversion with shaped laser pulses. This allowed the group to follow the evolution of electronic coherence through internal conversion and measure the coherence time for a series of halogenated methane molecules. The group will extend these measurements to a new family of organic ring molecules, pyrrole, furan and thiophene, and compare the measurements with time resolved photoelectron spectroscopy measurements made in the group's laboratory. This will allow the group to develop pulse shape spectroscopy as a powerful tool for following electronic and nuclear dynamics with a rigorous interpretation based on comparison with theory and complementary experiments.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
Weinacht教授及其研究生的研究团队将开发和使用Ultrafast-Pulse高功率激光器来研究分子中电子和核的运动。观察这种运动将提高我们对电子和核共同起作用的许多自然过程的理解,包括视觉,能量存储,能量转换和化学转化。了解这些动力学对于开发新技术,例如太阳能电池,超快分子开关和量子计算机也很重要。虽然激光是用于操纵和测量分子电子的天然工具,但需要非常短的激光脉冲才能实时操纵电子。该项目中的研究人员将使用强烈的超平脉冲脉冲(强度远大于太阳表面,持续时间少于一万亿秒的一秒钟!),以消除分子,以消除与分子结合的许多电子之一。他们将使用一种称为“速度图成像”的技术拍摄电子的照片。这些图片可用于理解电离过程中电子和核的耦合动力学,这对于理解化学动力学和开发高速电子非常重要。实验性工作将发展脉冲形状光谱,以便遵循分子中的非绝热动力学。 这项工作将使用形状的超快激光脉冲和更传统的泵探头测量激发态动力学来比较强场分子电离。这两种方法包含有关耦合电子核动力学的互补信息,可以通过与测量可观察的计算进行详细比较来发现这些信息。 这项工作将加深我们对分子中非绝热动态的理解。 该组的最新测量表明,用形状激光脉冲控制内部转换的能力。 这使该组可以通过内部转换遵循电子相干性的演变,并测量一系列卤代甲烷分子的相干时间。该组将将这些测量值扩展到新的有机环分子,吡咯,呋喃和硫芬,并将测量值与该组实验室中的时间分辨的光电学光谱测量值进行比较。 这将使小组能够开发脉冲形状光谱,作为遵循电子和核动力学的强大工具,并基于与理论和互补实验的比较进行严格的解释。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛影响的审查标准来通过评估来获得支持的。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Numerical calculations of multiphoton molecular absorption
  • DOI:
    10.1103/physreva.106.013111
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    B. Kaufman;P. Marquetand;T. Weinacht;T. Rozgonyi
  • 通讯作者:
    B. Kaufman;P. Marquetand;T. Weinacht;T. Rozgonyi
Acousto-optic modulator pulse-shaper compression of octave-spanning pulses from a stretched hollow-core fiber
来自拉伸空心光纤的倍频程脉冲的声光调制器脉冲整形器压缩
  • DOI:
    10.1364/osac.440476
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Catanese, Anthony;Kaufman, Brian;Cheng, Chuan;Jones, Eric;Cohen, Martin G.;Weinacht, Thomas
  • 通讯作者:
    Weinacht, Thomas
A simple approach for characterizing the spatially varying sensitivity of microchannel plate detectors
  • DOI:
    10.1063/5.0092346
  • 发表时间:
    2022-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.6
  • 作者:
    Aglagul, Denis;Kaufman, Brian;Nomerotski, Andrei
  • 通讯作者:
    Nomerotski, Andrei
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