Analyse und Steuerung ultraschneller chemischer Abläufe in kleinen Metallaggregaten

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Wichtigstes Anliegen des geplanten Forschungsprojektes ist die Untersuchung elementarer Reaktionsabläufe in Metallaggregaten. Dieses Vorhaben soll mit Hilfe von Femtosekunden Pump&ProbeSpektroskopie sowie durch optimierte Laser-Pulsformung erreicht werden. Das chromophore System wird dabei zunächst durch elektronische Anregung in einen transienten Zwischenzustand transferiert (pump), wodurch unterschiedliche, sich teilweise überlagernde Kernbewegungsabläufe, wie Fragmentation, Vibration und intramolekulare Schwingungsumverteilung (IVR) in Gang gesetzt werden. Durch einen weiteren, zeitverzögerten Lichtpuls (probe) kann deren Ablauf abgefragt werden, was beispielsweise durch Ionisation des Systems in einem massenselektiv beobachtbaren, stabilen Zustand geschehen kann. Die Bewegung der Kerne im Zwischenzustand ist stark von der Wellenlänge und Pulsform des Anregungslasers abhängig. Durch Regelung der Form des eingestrahlten Laserpulses können verschiedene reaktive Abläufe, z.B. durch Verzweigung in unterschiedliche Fragmentationskanäle, gezielt und selektiv optimiert werden, was zusätzlich auch in einer suprafluiden HeMatrix geplant ist. Nach einem Vorschlag von R. Rabitz kann dieses durch computergestützte Rückkopplung des Beobachtungskanals und des Pulsformers geschehen, wobei das Experiment selbst mittels eines selbstlernenden Algorithmus - unter Verwendung evolutionärer Strategien - die optimale Pulsform ermittelt. Die so gewonnene Form des eingestrahlten Pulses optimiert nicht nur den eingestellten Reaktionspfad, sondern liefert auch intrinsische Informationen über das Reaktionssystem selbst. Dabei werden auch Pulsformen beobachtet, die nicht leicht intuitiv verstanden werden können, was eine eingehende theoretische Beschreibung erforderlich werden lässt.