Wie sich Elektronen bewegen: Bildverarbeitung mit Attosekundenauflösung

In das Innere von Molekülen und Atomen zu blicken, war lange Zeit ein Traum der Naturwissenschaftler. Er wurde wahr, als es Physikern gelang, ultrakurze Lichtpulse mit der Dauer von nur wenigen Femtosekunden zu erzeugen (eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer Milliardstel Sekunde). Sie können damit in Echtzeit verfolgen, wie sich Atome und Moleküle bewegen und Reaktionen miteinander eingehen. Die Bewegung von Elektronen innerhalb von Atomen und Molekülen ist jedoch noch etwa tausendmal schneller. Um sie zu beobachten, benötigen die Physiker Lichtpulse im Attosekundenbereich. Eine Attosekunde ist der tausendste Teil einer Femtosekunde.

Die Physikalische Gesellschaft zu Berlin (PGzB) verleiht den Karl-Scheel-Preis 2010 an Dr. Olga Smirnova vom Max-Born-Institut (MBI) für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie "in Würdigung ihrer herausragenden Arbeiten zur Bildverarbeitung mit Attosekundenauflösung, insbesondere für die Entwicklung einer Spektroskopie an kleinen Molekülen mittels höherer Harmonischer." Dr. Olga Smirnova hat eine Methode entwickelt, bei der Elektronen als Antwort auf den Beschuss mit einem ultrastarken Laserpuls Lichtblitze im Attosekundenbereich aussenden. Diese Lichtblitze sind ungerade Vielfache der eingestrahlten Frequenz, sogenannte höhere Harmonische. Ihre Eigenschaften geben direkt darüber Auskunft, wie sich die elektronischen Zustände in einem Molekül verändern, nachdem ein Elektron herausgelöst worden ist, es also ionisiert wurde.

In der Begründung der PGzB heißt es: "Frau Smirnova hat in ihren theoretischen Arbeiten gezeigt, wie man die Erzeugung von höheren Harmonischen einer elektromagnetischen Welle verwenden kann, um die Mehrfachelektronenantwort von Molekülen auf deren Ionisierung mit Attosekundenauflösung zu untersuchen. Sie hat dabei eine Methode entwickelt, mit der man unterschiedliche Eigenschaften der Emission höherer Harmonischer wie zum Beispiel Spektren, Phasen und Polarisationen des emittierten Lichts nutzen kann, um die zeitlichen Informationen der zugrundeliegenden Mehrfachelektronendynamik in dem Molekül auf der Attosekundenskala zu dekodieren."

Olga Smirnova leitet seit Anfang 2009 eine Juniorgruppe im Bereich Licht-Materie-Wechselwirkung in intensiven Laserfeldern des Max-Born-Instituts, Direktor dieses Bereichs ist Prof. Dr. Wolfgang Sandner. Durch zahlreiche, weltweit beachtete Veröffentlichungen in renommierten Fachzeitschriften, Forschungsaufenthalte in Kanada am National Research Council und Österreich an der Technischen Universität Wien sowie eingeladene Vorträge auf internationalen Tagungen hat Olga Smirnova sich eine beachtliche wissenschaftliche Reputation erarbeitet. Sie gehört damit zum Kreis der viel versprechenden Nachwuchswissenschaftlerinnen in Berlin.

Quelle: idw / Forschungsverbund Berlin