Plenarvorträge

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Plenarvorträge

Plenarvorträge
Plenarvortrag
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PV I Mo 09:00 Aula
Quantencomputer - Traum und Realisierung — •Rainer Blatt
— Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck und Institut
für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische Akademie
der Wissenschaften, Innsbruck
Rechenoperationen beruhen immer auf realen physikalischen Prozessen, angefangen von der Dateneingabe, der Datendarstellung im Speicher,
der Datenmanipulation in Form von Algorithmen bis hin zur Ausgabe der
Endresultate. In herkömmlichen Computern können diese Prozesse klassisch beschrieben werden. Theoretisch ist seit einigen Jahren bekannt,
dass mit quantenmechanischen Prozessen bestimmte Rechenoperationen
sehr viel effizienter durchgeführt werden können. Daher besteht ein großes
Interesse, einen Quantencomputer zu bauen. Dies erfordert die Implementierung von Quantenbits, Quantenregistern und Quantengattern sowie
die Entwicklung von Quantenalgorithmen. Verschiedene Techniken zur
Realisierung von Quantencomputern werden vorgestellt. Experimente zur
Darstellung von Quantenregistern und Quantengattern mit gespeicherten Ionen in linearen Paul-Fallen werden diskutiert. Mit einem kleinen
Quantencomputer können Bell-Zustände und verschränkte 3-Teilchen
Zustände erzeugt und vermessen werden. Als eine erste Anwendung werden effiziente Präzisisonsmessungen mit verschränkten Zuständen vorgestellt.
PV III Di 09:00 Aula
Beschleunigermassenspektrometrie
Spurenisotopenmessungen auf neuen Bahnen — •Walter Kutschera —
VERA-Laboratorium, Universität Wien, Österreich
Beschleunigermassenspektrometrie (AMS = Accelerator Mass Spectrometry) weist langlebige Radioisotope nicht durch den Zerfall sondern
durch direktes Zählen der Atome nach. AMS kann daher auf beliebig
langlebige (auch stabile) Isotope angewendet werden. Die extrem hohe
Selektivität der Methode erlaubt geringste Isotopenverhältnisse im Bereich von 10−12 bis 10−16 zu messen und öffnete damit das Tor zum
Nachweis langlebiger Radionuklide mit zum Teil millionenfach gesteigerter Nachweisempfindlichkeit. Dadurch wurden Anwendungen möglich, die
mit den klassischen Zerfallsnachweismethoden undenkbar waren. Im Vortrag sollen sowohl die neuesten technischen Entwicklungen von AMS (z.B.
Minaturisierung) als auch aktuelle Anwendungen für spezifische Isotope
(von 14 C bis 244 Pu) diskutiert werden. Auch auf eine alternative Technik
der Atomzählmethode, die Lasermassenspektrometrie, soll kurz eingegangen werden.
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PV IV Di 09:45 Aula
Zukünftige Optionen für die Entsorgung von hochradioaktiven
Abfällen — •Kurt Kugeler — Lehrstuhl für Reaktorsicherheit und
-technik, RWTH Aachen, D-52062 Aachen und Forschungszentrum
Jülich, D-52425 Jülich
Für die zukünftige langfristige Kernenergienutzung werden zwei Entsorgungsoptionen verfügbar sein: 1) die direkte Endlagerung abgebrannter Brennelemente oder hochaktiver Glaskokillen aus der Wiederaufarbeitung, 2) die Endlagerung sehr geringer langlebiger Reststoffmengen
nach zusätzlichem Partitioning und Transmutation, beides in geologischen Formationen. Das derzeit wesentliche Argument für die zweite Variante ist, dass die Nachweisdauer für die Endlagerung von rund 1 Million
Jahren auf rund 1000 Jahre verkürzt werden kann, da dann bereits eine
ähnlich niedrige Radiotoxizität wie für eine Uranerzlagerstätte erreicht
wird. Demgegenüber sind erheblich größere technische Aufwendungen im
Vergleich zur direkten Endlagerung notwendig.
Beide Varianten müssen wissenschaftlich fundiert im Hinblick auf
eine Reihe von Vergleichsaspekten analysiert und bewertet werden,
ehe fundierte Entscheidungen möglich sind. Entscheidungsrelevante
Gesichtspunkte sind: Toxizitätsindizes, Proliferationsaspekte, Plutoniumvernichtung bzw. -nutzung, Störfallmöglichkeiten, technisch
bedingte und radiologisch bedingte Risiken, Freisetzungen im Betrieb, Nachweismöglichkeiten, Beurteilung von Langzeitaspekten,
Kosten, Stand der Technik, technischer Aufwand und Komplexität,
Akzeptanzfragen, Offenhalten von Optionen, energetische Aspekte,
Entwicklungsmöglichkeiten.
In diesem Beitrag werden heute bekannte Konzepte für Partitioning
und Transmutations-Verfahren diskutiert (Stand bei Trennverfahren,
Realisierungsmöglichkeiten für Targets, Protonenfenster, Kühlsysteme,
Gesamtauslegung von ADS-Anlagen) und es werden Hinweise zu den
oben angesprochenen Vergleichsaspekten gegeben. Auch die umfangreichen internationalen Bemühungen auf diesem Gebiet werden angesprochen.
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PV II Mo 09:45 Aula
Mit Strahlung gegen Krebs: Neue Ansätze und Methoden in
der Medizinischen Physik — •Wolfgang Schlegel — Universität
Heidelberg und Deutsches Krebsforschungszentrum, Abteilung Medizinische Physik, Im Neuenheimer Feld 280, 69120 Heidelberg - Träger des
Deutschen Krebspreises 2003
Die Strahlentherapie ist neben der Chirurgie die derzeit wichtigste
Form der Behandlung bösartiger Tumorerkrankungen. Die Einführung
der modernen Strahlentherapie mit hochenergetischen Röntgenstrahlen,
erzeugt mit Elektronenlinearbeschleunigern im Energiebereich zwischen
etwa 6 und 20 MeV, begann etwa vor 50 Jahren. Wesentliche Fortschritte
und damit auch deutliche Verbesserungen der Behandlungsergebnisse
haben jedoch erst in den letzten 10-15 Jahren stattgefunden. Dazu haben
vor allem die modernen dreidimensionalen bildgebenden Verfahren
der Medizin (Röntgen-Computer-Tomographie und Magnet-ResonanzTomographie), die Entwicklung von 3D-Computerplanungsprogrammen
sowie neue, hochpräzise Bestrahlungstechniken mit rechnersteuerbaren
Kollimatorsystemen beigetragen. Eine weitere deutliche Steigerung
der Wirksamkeit von Strahlenbehandlungen wird nun von der Intensitätsmodulierten Strahlentherapie (IMRT) erwartet, die derzeit in
vielen Kliniken weltweit eingeführt wird. Der IMRT liegt eine neue
Computerplanungs-Strategie nach dem inversen Prinzip und die Applikation inhomogener Strahlenfelder zugrunde. Damit gelingt es, auch
sehr unregelmäßig geformte Tumoren hochdosiert und tumorkonform
zu bestrahlen, ohne benachbartes gesundes Gewebe zu schädigen
[1,2]. Weitere Fortschritte werden mittelfristig erwartet durch die
Berücksichtigung strahlenbiologisch unterschiedlicher Substrukturen
des Tumors, die sich durch biologische Bildgebung mit PET und fMRI
erfassen lassen, sowie durch die Kompensation von Bewegungen und
Veränderungen des Tumors während der Strahlenbehandlung im Sinne
einer biologisch und zeitlich adaptierten Therapie.
Da Strahlung schwererer geladener Teilchen (z.B. Protonen- oder 12CStrahlung) gegenüber hochenergetischer Röntgenstrahlung sowohl aus
physikalischer als auch aus strahlenbiologischer Sicht deutliche Vorteile
in der Tumorbehandlung aufweisen, werden sich zukünftige Entwicklungen auch auf dieses Gebiet der Hadronen-Strahlentherapie konzentrieren
[2,3]. Erste Erfahrungen in der 12 C-Therapie wurden in den letzten 5
Jahren an der GSI in Darmstadt gesammelt. In Deutschland wurde 2003
mit dem Bau klinischer Hadronen-Therapieanlagen begonnen.
[1] Schlegel W: Strahlentherapie heute: präzise, effektiv und sicher. Spektrum der Wissenschaft Spezial: Krebsmedizin II, (2003) 66-70
[2] Schlegel W, Mahr A.: 3D Conformal Radiation Therapy, Multi-Media
Introduction to Methods and Techniques. Springer, Berlin, Göttingen
Heidelberg, NewYork, Tokyo (2001)
[3] Debus, J., Henke-Wendt, K.: Schwerionen-Therapie. Spektrum der
Wissenschaft Spezial: Krebsmedizin II, (2003) 71-73
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PV V Mi 09:00 Aula
Clusters as precursurs of nano-objects — •Catherine
Bréchignac — Laboratoire Aimé Cotton CNRS, Orsay, Frankreich
Investigations of clusters made up from a few atoms, to several thousand atoms, from one to several tens of nanometers in diameter open new
avenues for explorations of the physical factors and principles that underlie the transition from atomic and molecular regime to the condensed
phase regime. The transition of matter from atomic to the solid state
implies changes of organization which turn out to be more subtle and
complex than was aticipated from scaling law.
The methods of synthesizing small particles based on agglomerating
atoms or molecules, form objects whose size is comparable to the nanostructures obtained by sculpting the material microscopically, by nanolithography or nano-engraving for example. When it is isolated the cluster can be considered as a prototype of small finite system and constitute
1
a tool for exploring the unexpected and unique properties of small finite
objects, where each atom counts. When interacting they offer the possibility of use as elementary building blocks for new nano-architectures,
making possible the control of matter at nanometer scale. In the light
of several examples this paper will discuss the issues of the electronic
excitation, the stability, the reactivity of metallic clusters as well as the
new architectures made by self-organization of deposited clusters.
monstrationen gefördert werden. Durchschaubare experimentelle Anordnungen, langsame Bewegungsabläufe, neue Experimentiertechniken und
der Bezug zu ihren Erfahrungen wirken sich dabei förderlich aus. Parallelexperimente, in denen z. B. die Teilexperimente nicht zeitlich nacheinander sondern räumlich nebeneinander durchgeführt werden, können die
Auswertung vereinfachen und die Aktivität der Schülerinnen und Schüler
erhöhen. Insbesondere die Weiterentwicklung experimenteller Verfahren
wird durch Beispiele belegt. Kunststofflaschen und Blechdosen sind z. B.
leicht beschaffbare und wegen ihrer spezifischen Eigenschaften universell
einsetzbare experimentelle Hilfsmittel, die gut bearbeitet werden können.
Beim Selbstbau von einfachen oder auch komplizierteren Geräten lernen die Schülerinnen und Schüler das Wirkprinzip besser verstehen und
werden zum Schöpfertum angeregt. Beispiele aus der Physik, der Physikgeschichte, der Technik und der Technikgeschichte zeigen, dass damit gleichzeitig fächerübergreifende Bezüge deutlich werden. Derartige
Aufgabenstellungen können sich fruchtbar auf den Physikunterricht auswirken oder auch in Jahresarbeiten oder besonderen Lernleistungen von
einzelnen Schülern bearbeitet werden.
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PV VI Mi 12:15 Aula
Quanteninterferenz in der Fluoreszenz einzelner Atome und
Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung —
•Herbert Walther — Sektion Physik der Universität München und
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching bei München
Über die Quanteninterferenz des Fluoreszenzlichtes eingefangener Ionen lässt sich eine Verschränkung der Teilchen erzielen. Als Konsequenz
wird eine Reihe von Phänomenen der Quanteninformation beobachtbar. Ein spektakuläres Beispiel ist, dass der Quanten-Such-Algorithmus
(Grover-Algorithmus) ohne die Beobachtung der Spin-Dynamik der Ionen realisiert werden kann.
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PV X Mi 15:30 Aula
Das IYPT – ein spannender Teamwettbewerb — •Bernd
Kretschmer — Hans-Thoma-Gymnasium, Baumgartnerstraße 26,
79540 Lörrach — Träger des Georg-Kerschensteiner-Preises
Das International Young Physicicts’ Tournament (IYPT) ist ein anspruchsvoller Teamwettbewerb für Schüler/innen. Es handelt sich bei
den IYPT-Projekten zumeist um offene Fragen, deren Antworten selten durch Nachschlagen in Fachliteratur gefunden werden können. Die
Lösungen müssen die Schüler/innen selbst erarbeiten, sei es durch Aufstellen von neuen Theorien, Programmierung von speziellen Simulationen
und fortwährende experimentelle Überprüfung der Resultate. Viele der
Kompetenzen, die heute in der bildungspolitischen Diskussion und durch
die Bildungsstandards gefordert werden, entwickeln wir bei der Vorbereitung des Wettbewerbs schon seit langer Zeit. Über die Forschungsaufgaben, die Auswahl der Teammitglieder und den Ablauf des Turniers wird
in meinem Vortrag berichtet.
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PV VII Mi 14:00 Aula
Echtzeit-Neurodynamik — •Klaus Hepp — Institut für Theoretische Physik, ETH Hönggerberg, HPZ F 10.4, CH-8093 Zürich, Schweiz
— Träger der Max-Planck-Medaille
Struktur und Funktion zu verknüpfen ist das zentrale Problem der Neurobiologie. Als Physiker ist man eher in der Strukturforschung (Instrumentierung, Biophysik von neuronalen Netzen) erfolgreich, aber schon
Helmholtz gelang eine meisterhafte Synthese von Struktur und Funktion
in der Sinnesphysiologie und der Kontrolle der Augenbewegungen. Moderne Methoden erlauben es, in die graue Box“ hineinzuschauen. Da
”
das Gehirn in Echtzeit komplexe sensomotorische Transformationen implementiert, kann man heute in der Verknüpfung von Sehen, Bewegungssinn und Oculomotorik hochinteressante Berechnungen“ durch das Ge”
hirn verfolgen. Dies will der Vortragende an Beispielen illustrieren und
mit einem Konstrukt der neuromorphen Robotik vergleichen, mit Ada“,
”
dem intelligenten Raum, der vom Zürcher Institut für Neuroinformatik
für die Schweizerische Landesausstellung Expo.02 geschaffen wurde.
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PV XI Mi 15:45 Aula
Schülerforschungszentrum – eine außerunterrichtliche Förderung des naturwissenschaftlichen Nachwuchses — •Rudolf
Lehn — Schülerforschungszentrum am Störck-Gymnasium, Liebfrauenstraße 1, 88348 Bad Saulgau — Träger des Georg-Kerschensteiner-Preises
In der süddeutschen Kleinstadt Bad Saulgau hat die Förderung des
Physiknachwuchses eine lange Tradition. Seit mehreren Jahren zeichnet
sich das Schülerforschungszentrum (SFZ) als erfolgreiche Talentschmiede des naturwissenschaftlichen Schülernachwuchses aus. Die Basis des
SFZ bildet das International Young Physicists’ Tournament (IYPT). Das
Forschungszentrum ist zu einer bedeutenden Wissensbörse und einem attraktiven überregionalen Forschungszentrum für neugierige Jugendliche
und außerdem zu einer engen Kontaktstelle zu den Universitäten geworden. Künftig werden im SFZ auch die Kinder der Grundschule im Fokus
sein. Ihre ursprüngliche Neugier soll aufgenommen, gefestigt und im Unterricht berücksichtigt werden.
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PV VIII Mi 14:30 Aula
Dynamic properties of liquid films — •Dominique Langevin —
Laboratoire de Physique des Solides, UMR 8502 - Université Paris-Sud,
Bât. 510 - 91405 Orsay cedex — Trägerin des Prix Gentner-Kastler
Surfactant molecules adsorb at liquid interfaces forming monomolecular layers that give remarkable properties to these surfaces. They allow
in particular to stabilize freely suspended liquid films, the so called “soap
films”, similar to those that cover the bubbles surface in foams. When the
liquid possesses a microstructure, and when the film surfaces are close
enough (less than 100nm), a film stratification (ordering) is observed.
We have used aqueous solutions of ionic polymers (polyelectrolytes) that
form networks in bulk when the polymer concentration is high enough.
Such liquids also order when confined, at the difference of neutral polymers, where no long range electrostatic interactions are present. We have
measured both the forces between surfaces, that are oscillatory, and the
stratification kinetics. When the polymer is co-adsorbed with the surfactant at the surface, the local viscosity is higher than the bulk solution
viscosity, and when the polymer is not adsorbed, the viscosity is smaller.
This is in agreement with other types of measurements of the viscosity
of confined fluids with different boundary conditions at the surfaces (slip
or no-slip). The film rupture will also be discussed.
References
D. Langevin, “Stratification of foam films made from polyelectrolyte solutions”, Eur. Phys. J. E 5, 2001, 81.
C. Marquez, S. Guillot, D. Langevin, “Stratification Phenomena in Thin
Liquid Films Containing Polyelectrolytes and Stabilized by Ionic Surfactants”, Macromolecules 36, 2003, 8506.
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PV XII Mi 16:20 Aula
Charakterisierung von Tunnelmagnetowiderstands (TMR)Elementen mit magnetostriktiver Messschicht - Eine neue
Generation von Dehnungssensoren — •S. Dokupil, M.
Löhndorf und E. Quandt — Stiftung caesar, Ludwig-Erhard-Allee
2, 53175 Bonn — Trägerin des Georg-Simon-Ohm-Preises
Dehnungssensoren kommen überwiegend in den Bereichen des
Maschinenbaus, der Automobilindustrie, Mess- und Medizintechnik zum
Einsatz. Eine neue Generation von Dehnungssensoren konnte durch die
Kombination von Tunnelmagnetowiderstandselementen, die schon aus
der magnetischen Speichertechnologie (MRAM) bekannt sind, und magnetostriktiven Messschichtmaterialien geschaffen werden [1]. Diese Art
von Sensor ist zur Bestimmung mechanischer Größen, wie z.B. Druckoder Zugspannungen, vorgesehen. Der wichtigste Vorteil gegenüber
herkömmlichen Dehnmessstreifen oder piezoresistiven Dehnungssensoren
ist eine erheblich größere Empfindlichkeit (Verstärkungsfaktoren von
300-600). Zusätzlich besteht die Möglichkeit zur Massenproduktion
auf unterschiedlichen Substraten mittels Standardtechnologien der
Mikrosystemtechnik, z. B. können 10000 Sensorelemente auf einem 4”
Wafer untergebracht werden. Die Integration der Sensorstrukturen in
CMOS-Prozesse ist angestrebt.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene magnetostriktive TMR-
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PV IX Mi 15:00 Aula
Erschließung neuer experimenteller Möglichkeiten und stärkere
Ausprägung der Selbsttätigkeit der Schülerinnen und Schüler
- Wege zu einem besseren Verstehen der Physik — •HansJoachim Wilke — Institut für Angewandte Physik und Didaktik der
Physik, TU Dresden — Träger des Robert-Wichard-Pohl-Preises
Die intensive Beschäftigung der Schülerinnen und Schüler mit der Physik kann durch attraktive, gut beobachtbare und leicht verständliche De2
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Sensoren im Hinblick auf die Auswahl der magnetostriktiven Schicht
und der Größe und Gestalt der Tunnelbarriere charakterisiert. Dazu
wurden neben Vibrationsmagnetometer-Messungen im wesentlichen 4Punkt-Biegemessungen im Magnetfeld durchgeführt. Die nach einem
energetischen Modell erwarteten Abhängigkeiten vom Vorzeichen der
Magnetostriktion wie auch von der mechanischen Spannung sowie der
Einfluss der Formanisotropie konnte experimentell nachgewiesen werden.
Durch spezielle Orientierung der magnetischen leichten Richtung konnten ferner Sensoren realisiert werden, die sowohl auf Druck- als auch auf
Zugspannung sensitiv sind. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen werden
mit denen von alternativen magnetostriktiven Dehnungssensoren verglichen und im Hinblick auf potentielle Anwendungen diskutiert.
Das Projekt wird von dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt (Förderungsnummer: 13N8492).
[1] M. Löhndorf, S. Dokupil, M. Rührig, J. Wecker, E. Quandt: Characterization of magnetic tunnel junctions (MTJ) with magnetostrictive free
layer materials, J. Magn. Magn. Mat., in press (2003).
PV XV Mi 20:00 Aula
Wo Einstein nicht recht hatte und trotzdem Wichtiges sagte — •Anton Zeilinger — Institut für Experimentalphysik, Universität Wien und Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der
Österreichischen Akademie der Wissenschaften
Albert Einstein kritisierte die Quantenphysik aus verschiedenen
Gründen. Zum einen erkannte er sehr früh, dass der Zufall bei Quantenphänomenen eine völlig neue Rolle spielt. Sein Ausppruch Gott
”
würfelt nicht“ ist ja sehr bekannt. Des weiteren verwendete er Argumente aufbauend auf die von Schrödinger so benannte Verschränkung“
”
von Quantensystemen, um zu argumentieren, dass die Quantenphysik
unvollständig sei. Heute wissen wir, dass Einstein hier nicht Recht hatte.
Nicht nur dies, der Zufall und die Verschränkung spielen eine zentrale
Rolle in neuen Ideen zur Informationsübertragung und Informationsverarbeitung, etwa in Quantenkryptographie, in Quantenteleportation und
beim Quantencomputer. Einstein ist allerdings zugute zu halten, dass er
mit seiner Kritik die wohl tiefsten Fragen der Modernen Physik für unser
Weltverständnis aufwarf.
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PV XIII Mi 16:50 Aula
Korngrenzen Mechanik – Neue Ansätze zur Beeinflussung der
Mikrostruktur — •Myrjam Winning — Institut für Metallkunde
und Metallphysik, RWTH Aachen, Kopernikusstr.14, 52056 Aachen —
Trägerin des Hertha-Sponer-Preises
Die Bewegung der Korngrenzen ist der fundamentale Prozess der Rekristallisation und des Kornwachstums, um die Gefügeentwicklung eines
Materials zu steuern ist es notwendig, die Mechanismen, die die Korngrenzenbewegung bestimmen, zu verstehen und so zu quantifizieren, dass
daraus Modelle entwickelt werden können, die die Mikrostrukturentwicklung während wichtiger technischer Prozesse wie Umformung und Rekristallisation beschreiben und das Materialverhalten sowie die Werkstoffeigenschaften voraussagen können.
Die Dynamik von Korngrenzen hängt von einer Vielzahl von Parametern ab, insbesondere die treibende Kraft spielt eine wichtige Rolle,
da sie den Prozess der Korngrenzenbewegung aktiviert. Neuere Experimente zeigen, dass es möglich ist, ebene Korngrenzen mit Hilfe einer
mechanischen Spannung, welche von aussen auf die Korngrenzen aufgebracht wird, zu bewegen. Der Bewegungsmechanismus ist dabei mit der
Bewegung der strukturellen Versetzungen in der Korngrenze korreliert.
Besonders wichtig für die Mikrostrukturentwicklung ist dabei, dass neben Kleinwinkelkorngrenzen auch Großwinkelkorngrenzen mit mechanischen Spannungen wechselwirken können, und dass es einen sehr scharfen
Übergang von Kleinwinkel- zu Großwinkelkorngrenzen gibt.
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PV XVI Do 09:00 Aula
From molecules to planets: the importance of molecular processes in space — •Ewine F. van Dishoeck — Leiden Observatory,
P.O. Box 9513, 2300 RA Leiden, The Netherlands
More than 120 different molecules have been detected in interstellar
space, ranging from simple species like H2 and CO to fairly complex organic molecules such as CH3 OCH3, C2H5 CN and certain classes of polycyclic aromatic hydrocarbons.
In this talk, an overview will be given of recent observations of
molecules, both in the gas and in the solid state, using new facilities in
space and on the ground at optical, infrared and millimeter wavelengths.
The results will be discussed in the context of the gas-phase and gasgrain processes occurring at the extremely low temperatures and densities in space. In addition, the use of molecules to trace the formation of
new stars and planetary systems deep inside the dark molecular clouds
is illustrated.
The importance of complementary laboratory and theoretical chemistry studies in emphasized. The prospects for future facilities such as
the Atacama Large Millimeter Array, the Herschel Space Observatory,
and the James Webb Space Telescope (the successor of the Hubble Space
Telescope) will be discussed.
[1] van Dishoeck et al. 2003, Messenger 113, 49
[2] Pontoppidan et. al. 2003, Astron. Ap. 408, 981
[3] See http://www.strw.leidenuniv.nl/ ewine/e-prints/ for recent papers
and reviews.
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PV XIV Mi 17:20 Aula
Exotische Kerne auf die Waage gestellt — •Klaus Blaum —
CERN, Division EP, CH-1211 Genf 23, Schweiz und GSI, D-64291 Darmstadt, Deutschland — Träger des Gustav-Hertz-Preises
Die Masse eines Atoms bzw. Atomkerns ist einzigartig wie ein
Fingerabdruck und daher eine der fundamentalsten Größen in der
Atom- und Kernphysik. Neben der eindeutigen Identifizierung machen
Präzisionsmassenmessungen an kurzlebigen Nukliden Kernstruktureffekte sichtbar, legen die Grenzen der Stabilität genauer fest und erlauben,
Kernmodelle zu testen und ihre Vorhersagekraft zu verbessern. Die
Bestimmung der Q-Werte übererlaubter β-Zerfälle stellt einen wichtigen
Beitrag dar zum Test der schwachen Wechselwirkung und der Unitarität
der Cabibbo-Kobayashi-Maskawa-Matrix und damit eine Überprüfung
des Standardmodels. Darüber hinaus ist die Kenntnis der Massen von
Kernen fernab der Stabilität wichtig, um Nukleosyntheseprozesse in der
Astrophysik zuverlässig modellieren zu können.
Zur Bestimmung der Bindungsenergien kurzlebiger Radionuklide
wird am on-line Isotopenseparator ISOLDE/CERN das PenningfallenMassenspektrometer ISOLTRAP eingesetzt. Die Massenmessung der gespeicherten Ionen erfolgt durch Messung der Zyklotronfrequenz in einem
homogenen Magnetfeld. Mit ISOLTRAP können Atommassen von Radionukliden, die nur in geringsten Mengen von 100 Ionen pro Sekunde produziert werden und nur eine Halbwertszeit von wenigen 10 ms
haben, mit einer Genauigkeit von 1 · 10−8 bestimmt werden. Das hohe
Auflösungsvermögen von ISOLTRAP von bis zu 10 Millionen ermöglichte
kürzlich, einen isomerenreinen Ionenstrahl zu präparieren, was neuartige
Experimente ermöglicht. Zudem wurden Kohlenstoffcluster als Referenzmassen eingeführt, die erstmals absolute Massenmessungen gegen den
mikroskopischen Massenstandard erlauben. Die wichtigsten ISOLTRAPErgebnisse werden vorgestellt und diskutiert.
Plenarvortrag
PV XVII Do 09:45 Aula
Atomphysik in starken Laserfeldern — •Wolfgang Sandner —
Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin
Die Entwicklung von Kurzpulslasern zu immer höheren Spitzenleistungen und Intensitäten ist seit mehr als einem Jahrzehnt eines der dynamischsten Gebiete weltweit; ein Ende aufgrund physikalischer Grenzen
ist nicht unmittelbar in Sicht. Heutige Spitzenintensitäten liegen jenseits
von 1020 W/cm2 , entsprechend elektrischen Feldstärken von über 1011
V/cm oder 100 atomaren Einheiten. Die Wechselwirkung solcher externer Felder mit komplexen Vielteilchensystemen wie Atomen oder Molekülen, deren interne Bindungsfeldstärken innerhalb einzelner Teilchen
den Bereich von 1 bis über 1000 atomaren Einheiten überdecken können,
ist ein hochaktuelles Gebiet nichtlinearer Dynamik. Es wird zusätzlich
beeinflusst durch Stöße mit freien oszillierenden Elektronen mit bis zu relativistischer Energie. Die Experimente wurden in den letzten Jahren revolutioniert durch differentielle Spektroskopietechniken aus der Stoßphysik, kombiniert mit neuen Entwicklungen aus der Laserphysik höchster
Intensitäten und phasenkontrollierter Wenig-Zyklen-Pulse. Die Analyse
der Ionisationsprozesse zeigt die enge Verflechtung atomarer Dynamik
und Korrelation in zeitabhängigen externen Feldern mit lasergetriebenen
Elektron-Ion-Stößen. Die Ergebnisse können mit modernen theoretischen
Methoden einschließlich der Quantentrajektorien- Analysen interpretiert
werden.
Plenarvortrag
PV XVIII Do 19:00 Aula
Technoscience and Ethical Questions in the New Century —
•John Ziman — Oakley, Aylesbury, Bucks, England
Science is still advancing phenomenally. There’s no saying what physicists will discover and/or invent. Go for it: enjoy the age-old problemsolving game. But the new century brings new rules to the search for
3
knowledge. As projects become larger, more multidisciplinary, more technological, more ’relevant’, they pose serious ethical questions. Are the
goals of the research morally acceptable? Is it being funded by a reputable institution? Who, amongst a diversity of colleagues, is responsible
for its technical integrity? Will it be conducted honestly? Might its methods infringe human rights? Will its findings be treated fairly? And so on.
’Technoscience’ contributes amazingly to our civilisation. But it is entangled in a dynamic web of conflicting interests - commercial, political, ideological, legal, humanitarian, etc. The value of authentic scientific
knowledge to society depends on its independence from all such influences. Good research is not cheap, so there is no return to the ivory
tower. The big ethical question for science - and scientists - is how they
can now preserve their hard-won reputation for social, moral and intellectual objectivity.
[1] Ziman, J. M.: Real Science: What it is and what it means. (Cambridge:
2000).
Vries, Eur. Phys. J. D. 2002, 20, 317-329
[3] Tautomers and electronic states of jet-cooled adenine investigated by
”
double resonance spectroscopy“, Chr. Plützer, K. Kleinermanns, Phys.
Chem. Chem. Phys. 2002, 4, 4877-4882
[4] REMPI and UV-UV double resonance spectroscopy of tryptophan
”
ethylester and the dipeptides tryptophan-serine, glycine-tryptophan and
proline-tryptophan“, I. Hünig, K. Kleinermanns, Chem. Phys. Lett. 2003,
369, 173-179
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PV XX Fr 09:45 Aula
Biological systems as nano-engineered systems — •Steven Chu
— Physics Department, Stanford University, USA
The study of biological systems at the molecular scale may teach us
lessons that may be useful for nano-scale engineering: many of the molecular scale systems found in biology are impressive. Given the billions of
years of development time for bugs (bacteria) to engineer the ”bugs”
out of their systems, it may worthwhile to learn about how biology goes
about its business at the molecular scale. I will describe biology solutions
to two engineering challenges: how an enzyme efficiently cleaves a covalent bond [1], and how the ribosome is able to accurately read messenger
RNA and translate this message into the string of amino acid chains that
fold into a protein [2].
In order to develop a mechanistic understanding of these biological
systems function, we used fluorescence microscopy with photon counting
sensitivity to follow the internal motion of individual bio-molecules and
how they interact with other molecules. The ability to observe transient
states and dynamical fluctuations have enabled us to discover new biological states and link the wealth of structural and biochemical data to
create mechanistic models of enzyme activity.
[1] The Relationship between Structural Dynamics and Function of a
RNA enzyme - A Single Molecule Study of the Hairpin Ribozyme, Xiaowei Zhuang, Harold Kim, Miguel Pereira, Hazen P. Babcock, Nils Walter, Steven Chu, Science 296, 1473-1476 (2002).
[2] Unpublished work done with Scott Blanchard, Ruben Gonzales,
Harold Kim, and Jody Puglisi.
Plenarvortrag
PV XIX Fr 09:00 Aula
Laserspektroskopie an isolierten Basenpaaren und Peptiden —
•Karl Kleinermanns — Heinrich Heine Universität, Universitätsstr.
26.43.02, D-40225 Düsseldorf
Das Verhalten biologischer Systeme folgt aus den Eigenschaften ihrer
wichtigsten Bausteine und deren Zusammenspiel. In den letzten Jahren hat das Studium isolierter Biomoleküle und ihrer Dynamik durch
die Weiterentwicklung der Laserdesorption in Kombination mit adiabatischer Abkühlung in Düsenstrahlen und laserspektroskopischen Doppelresonanzmethoden einen starken Aufschwung erfahren. Im Vortrag werden diese Methoden erläutert und ihre Anwendung auf Tautomerie und
Konformerenbildung, elektronische Zustände, Schwingungsdynamik und
Reaktivität am Beispiel der vier Nukleobasen, ihrer Basenpaare sowie der
Faltung kleiner Peptide gezeigt.
[1] Pairing of isolated nucleic-acid bases in the absence of the DNA back”
bone“, Eyal Nir, Karl Kleinermanns Mattanjah S. de Vries, NATURE,
Vol. 408, 21/28 December 2000
[2] Properties of isolated DNA bases, base pairs and nucleosides examined by laser spectroscopy, E. Nir, Ch. Plützer, K. Kleinermanns, M. de
4
ATOMPHYSIK (A)
Prof. Dr. Horst Schmidt-Böcking
Institut für Kernphysik
Universität Frankfurt
August-Euler-Straße 6
60486 Frankfurt
E-Mail: [email protected]
ÜBERSICHT DER HAUPTVORTRÄGE UND FACHSITZUNGEN
(Hörsäle HS 132 und HS 133)
Hauptvorträge
AI
Di
11:00 (HS 133)
A II
Di
11:30 (HS 133)
A III
Di
12:00 (HS 133)
A IV
Di
12:30 (HS 133)
AV
Do
11:00 (HS 133)
A VI
Do
11:30 (HS 133)
A VII
A VIII
Do
Do
12:00 (HS 133)
12:30 (HS 133)
A IX
AX
Fr
Fr
11:00 (HS 133)
11:30 (HS 133)
A XI
Fr
12:00 (HS 133)
A XII
Fr
12:30 (HS 133)
Multiphotonen-Ionisation von Atomen und Molekülen mit VUV-FEL
Strahlung, R. Moshammer
High Resolution Imaging of Microscopic, non-Translation Periodic Objects using Coherent X-rays, Edgar Weckert
Grundlagen und Anwendung von zeitaufgelöster Röntgenstreuung,
S. Techert
Generating hot solids at Gbar pressure with DESY XFEL beams,
J. Meyer-ter-Vehn
Photoionisation als Struktursonde von delokalisierten Elektronen in Fullerenen, B. Langer
Photorekombination der
schwersten
Wenigelektronensysteme
–
Präzisionspektroskopie im Dunkeln“, Carsten Brandau
”
Dynamik ultrakalter Rydberggase und Plasmen, Thomas Pattard
Hoch ionisiert und was nun? - Von elektronischen Kurzzeitprozessen bis
zu Strahlenschäden durch schnelle Schwerionen, Gregor Schiwietz
Edelgascluster in kurzen intensiven Laserpulsen, Ulf Saalmann
Quantenkontrolle in intensiven phasenmodulierten Laserpulsen,
Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Andreas Präkelt, Cristian Sarpe-Tudoran,
Dirk Liese, Oksana Graefe, Christian Horn, Marc Winter, Thomas Baumert
Status of PHELIX laser and first experiments, S. Borneis, R. Bock, E. Brambrink, H. Brand, J. Caird, E. M. Campbell, E. Gaul, W. Geithner, S. Goette, C.
Haefner, T. Hahn, H. M. Heuck, D.H.H. Hoffmann, D. Javarkova, H.-J. Kluge, T.
Kuehl, S. Kunzer, T. Merz, P. Neumayer, M. D. Perry, D. Reemts, M. Roth, S. Samek, G. Schaumann, F. Schrader, W. Seelig, A. Tauschwitz, R. Thiel, D. Ursescu,
P. Wiewior, U. Wittrock
Femto-Sekunden-Kohärenzanalyse der Zwei-Photonen-Strahlung des metastabilen Wasserstoffs, Hans Kleinpoppen
Fachsitzungen
A
A
A
A
A
A
1
3
5
7
9
10
Elektronenstreuung und Rekombination
Kalte Atome in Fallen
Neue Aspekte der Atomphysik I
Cluster
Poster 1
Atomspektroskopie I
Mo
Mo
Mo
Di
Di
Di
5
11:00–12:45
14:00–15:15
16:30–18:00
11:00–12:15
14:00–16:00
14:30–16:15
HS 132
HS 132
HS 132
HS 132
Schellingstr. 3
HS 133
A
A
A
A
A
A
1.1–1.7
3.1–3.5
5.1–5.6
7.1–7.5
9.1–9.31
10.1–10.7
A
A
A
A
A
A
A
11
12
13
15
16
17
18
Photoionisation I
Atomspektroskopie II
Ion-Atom/Molekuel/Ion-Stoesse
Poster 2
Multiphotonionisation I
Fallen und Kuehlung
Multiphotonionisation II
Di
Di
Do
Do
Do
Do
Do
Mitgliederversammlung des Fachverbands Atomphysik
Di 14:00–14:30
HS 133
Mitgliederversammlung des Fachverbandes Atomphysik
1.Bericht des Fachverbandleiters
2.DPG-Tagungen 2005-7
3.ECAMP in Rennes, Juli 2004
Verschiedenes
Anregungen fuer weitere Topics bitte an den Fachverbandleiter
6
16:30–18:15
16:30–18:15
11:00–12:30
14:00–16:00
14:00–16:00
16:30–18:30
16:30–18:15
HS 132
HS 133
HS 132
Schellingstr. 3
HS 133
HS 132
HS 133
A
A
A
A
A
A
A
11.1–11.7
12.1–12.6
13.1–13.6
15.1–15.36
16.1–16.7
17.1–17.8
18.1–18.7
Hauptvorträge
Hauptvortrag
schen Prozessen zu, ist der Gegenstand von Untersuchungen die Charakterisierung der Reaktionskoordinate, welche die Änderungen der Atompositionen während einer Reaktion zusammenfasst. Aussagen über diese
lassen sich nur dann aus spektroskopischen Messungen gewinnen, wenn
die Potentialenergiehyperfläche des zu untersuchenden Systems bekannt
ist, die wiederum nur theoretisch simuliert werden kann. Durch zeitaufgelöste Röntgenstreuung lassen sich Informationen über den Verlauf einer Reaktion erhalten, die so aus spektroskopischen Experimenten alleine
nicht gewonnen werden können und demnach solche ergänzen.
A I Di 11:00 HS 133
Multiphotonen-Ionisation von Atomen und Molekülen mit
VUV-FEL Strahlung — •R. Moshammer — Max-Planck-Institut
für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Die unmittelbar bevorstehende Inbetriebnahme des freien Elektronen
Lasers (FEL) bei DESY in Hamburg zur Erzeugung extrem intensiver und kohärenter Strahlung im VUV-Bereich wird ein gänzlich neues
Fenster zur Untersuchung nicht-linearer Licht-Atom Wechselwirkungen
eröffnen. Während Ionisations- und Anregungsreaktionen von Atomen
(und Molekülen) durch Absorption eines Photons bereits seit langem
Gegenstand intensiver Forschung an Synchrotrons sind, können echte
Multiphotonen-Prozesse erst seit Kurzem durch den Einsatz von Kurzpulslasern bei Wellenlängen im Sichtbaren untersucht werden. Der atomphysikalisch besonders interessante Bereich von Photonenenergien zwischen einigen eV bis hin zu keV war bisher nicht zugänglich. Diese Lücke
wird durch den VUV-FEL geschlossen werden. Dann wird es unter anderem möglich sein z.B. die Ionisation mehrerer Elektronen durch gleichzeitige Absorption von genau zwei Photonen zu studieren. Im Vortrag
werden die am FEL geplanten Experimente vorgestellt sowie mögliche
Reaktions-Mechanismen diskutiert.
Hauptvortrag
A IV Di 12:30 HS 133
Generating hot solids at Gbar pressure with DESY XFEL
beams — •J. Meyer-ter-Vehn — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
Experimental configurations are discussed to study hot dense matter
physics and plasma soft X-ray lasers with very intense XFEL beams at
DESY in Hamburg. Already the 100 fs XUV pulses, becoming available
with photon energies of 20 - 200 eV in 2004/5, may reach intensities up
to 1018 W/cm2 when focussed to spots of 1 µm diameter. They will generate thin layers of uniform solid-density plasma with temperatures up to
1 keV and Gbar pressures and allow to investigate the phase diagram of
hot dense matter in a wide density and temperature range, not accessible so far for high-precision measurements. In addition to target heating,
scattered photons will provide detailed information on the structure of
the generated plasma. During the 100 fs interaction time, the target material will be in an extreme state of non-equilibrium. Here we present
theoretical investigations showing that the XUV pulses can be used as
pumps to demonstrate He-α laser schemes for the first time.
Hauptvortrag
A II Di 11:30 HS 133
High Resolution Imaging of Microscopic, non-Translation Periodic Objects using Coherent X-rays — •Edgar Weckert —
HASYLAB at DESY, 22603 Hamburg
Imaging in the nano or micro world is one of the most essential diagnostics tool needed for any science dealing with objects in that size
regime. For samples smaller than 1 µm, with some limitations, electron
microscopy is in general the probe of choice if also the interior of these
objects should be investigated at very high resolution. X-ray micro tomography is able to investigate much larger samples down to a spatial
resolution slightly better than 1 µm. Further developments in that field
are expected but from a theoretical point of view this method will be
limited to about 10-20 nm resolution at best due to the need of X-ray
optics, which is limited in numerical aperture. A further increase in resolution will only be possible by imaging techniques not using any optics
on the detection side, called lensless imaging. Prerequisite to this technique is the availability of coherent X-ray radiation which is already now
available at very small fluxes from the highest brilliant third-generation
synchrotron radiation sources and which will be the domain of the Xray free electron laser. In contrary to crystals non-translation periodic
objects give rise to a continuous diffraction pattern if illuminated with
coherent X-rays. From such a diffraction pattern it is quite straight forward to reconstruct the scattering density if sampled higher than the
Nyquist frequency. This technique is at present under development. The
achievable resolution will be limited by the total dose tolerated by the
sample. For such objects, if they can be produced in an identical configuration and in large numbers, the short pulses of the XFEL open another
window for imaging. Since most radiation damage processes have little
chances to manifest themselves during the 100 fs pulse duration of a
XFEL each object can be exposed to a significantly higher dose during a
single focussed pulse. It is planned to reconstruct the total continuous 3D
diffraction pattern of such systems from the individual diffraction images
of a large number of identical objects exposed at different orientations.
Present theoretical studies try to explore the lower limit in sample size
(single cell, virus particle, . . . ) and upper limit in resolution that can be
achieved under such conditions.
Hauptvortrag
A V Do 11:00 HS 133
Photoionisation als Struktursonde von delokalisierten Elektronen in Fullerenen — •B. Langer — Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2A, D-12489
Berlin
Die Örtliche Verteilung von delokalisierten Elektronen ist im
allgemeinen einer experimentellen Bestimmung nur schwer zugänglich.
Erst in jüngster Zeit hat sich gezeigt, daß für eine bestimmte Klasse
von Clustern, aber insbesondere für Fullerne, eine derartige Analyse
möglich ist. Die spezifische Potentialstruktur dieser Fullerene gibt Anlaß
zu charakteristischen Oszillationen in den partiellen Photoionisations–
Wirkungsquerschnitten der äußeren Valenzschalen, die Informationen
über die Verteilung der delokalisierten Elektronen im reziproken
Fourier–Raum enthalten. Dies wurde kürzlich für C60 [1] gezeigt. Eine
analoge Untersuchung an C70 wurde mit dem Ziel durchgeführt, zu
prüfen, inwieweit diese Methode auf dieses nicht vollkommen sphärische
Molekül übertragbar ist. Die Messungen zeigen, daß die Methode in
der Tat auf eine weitere Gruppe von Fullerenen anwendbar ist, wobei
gerade die spezifischen Unterschiede zwischen C60 und C70 in den
charakteristischen Oszillationen zutage treten.
[1] A. Rüdel, R. Hentges, U. Becker, H. S. Chakraborty, M. E. Madjet,
and J. M. Rost, Phys. Rev. Lett., 89, 125503 (2002) and references therein.
Hauptvortrag
A VI Do 11:30 HS 133
Photorekombination der schwersten Wenigelektronensysteme –
Präzisionspektroskopie im Dunkeln“ — •Carsten Brandau —
”
Justus-Liebig-Universität, D-35392 Giessen
In diesem Beitrag werden Ergebnisse zur dielektronischen Rekombination (DR) Li-artiger (Au76+ , Pb79+ und U89+ ) und H-artiger (Xe53+ )
Ionen vorgestellt, die am Elektronenkühler des Schwerionenspeicherrings
ESR der GSI gewonnen wurden. In den letzten Jahren wurde die Untersuchung der atomaren Struktur sehr schwerer hochgeladener Ionen mit
Hilfe der DR zu einer leistungsfähigen Alternative zur optischen Spektroskopie entwickelt. Unter Variation der Relativenergie zwischen Elektronen und Ionen weist man nicht Photonen, sondern die durch resonanten Elektroneneinfang umgeladenen Ionen nach. Die Bestimmung von
DR-Ratenkoeffizienten auf einer absoluten Skala ermöglicht dabei einen
tiefen Einblick in die Reaktionsdynamik. Bedingt durch die exzellente
Energieauflösung bis hinunter zur natürlichen Linienbreite erreicht man
Hauptvortrag
A III Di 12:00 HS 133
Grundlagen und Anwendung von zeitaufgelöster Röntgenstreuung — •S. Techert — Max-Planck Institut für Biophysikalische
Chemie, Abt. Spektroskopie und Photochemische Kinetik, 37070
Göttingen
Die Struktur kurzlebiger, elektronisch angeregter Moleküle wird mittels zeitaufgelöster Röntgenstreuung untersucht, bei der die Strukturfaktoren eines Systems als Funktion der Zeit bestimmt werden. Da diese Methode Aussagen über strukturelle Änderungen gibt, ist sie komplementär
zu zeitaufgelösten optischen Methoden, wo die Energie eines Systems als
Funktion der Zeit untersucht wird. Wendet man sich reaktionsdynami7
mit Hilfe der DR für die untersuchten Systeme eine Präzision, die es erlaubt, QED in starken Feldern auf einem Niveau von besser als 0,2% der
radiativen Korrekturen zu überprüfen. Darüber hinaus weisen die Messungen eine hohe Sensitivität auf den Kernladungsradius auf [1,2]. Erstmals erschloss sich durch Experimente mit einem stochastisch gekühlten
Xe53+ -Ionenstrahl auch der Bereich hoher Relativenergien (≈ 20 keV),
bei denen die Rekombination über eine dielektronische Anregung der KSchale verläuft.
[1] C. Brandau et al., Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 053201.
[2] C. Brandau et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 073202.
Phys. Rev. Lett. 89 (2002) 143401].
Desweiteren geben wir einen Ausblick auf das Verhalten von Clustern
in intensiven Lasern im Röntgenbereich (Xfels). Überraschenderweise
zeigen kleine Cluster hier eine geringere Ionisationsrate als einzelne Atome [U. Saalmann and J.-M. Rost, Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 223401].
Hauptvortrag
A X Fr 11:30 HS 133
Quantenkontrolle in intensiven phasenmodulierten Laserpulsen
— •Matthias Wollenhaupt, Andreas Assion, Andreas
Präkelt, Cristian Sarpe-Tudoran, Dirk Liese, Oksana Graefe, Christian Horn, Marc Winter und Thomas Baumert —
University of Kassel, Institute of Physics and Center for Interdisciplinary
Nanostructure Science and Technology (CINSaT), Heinrich-Plett-Str.
40, D-34132 Kassel, Germany
Die Mechanismen der Quantenkontrolle in intensiven phasenmodulierten Femtosekunden-Laserpulsen werden mit Hilfe der Zweiphotonenionisation resonant angeregter K (4p ← 4s) Atome und Nachweis zeitaufgelöster Photoelektronenspektren untersucht. Elektronen im intensiven
phasenmodulierten Laserfeld zeigen eine ungewöhnliche Dynamik, beispielsweise die selektive Besetzung einzelner ”dressed states” oder ”Immunität” der Besetzung gegenüber der Wechselwirkung mit intensiven
(1012 W/cm2 ) resonanten Laserpulsen. Derartige Effekte beruhen auf
dem subtilen Wechselspiel der quantenmechanischen und optischen Phase. Da die quantenmechanische Phase angeregter Zustände einen charakteristischen Fingerabdruck im Photoelektronenspektrum hinterlässt,
wird einerseits die quantenmechanische Phase als Funktion der Pulsform beobachtet (open loop) und andererseits als Rückkopplungssignal
für die Steuerung durch geformte Laserpulse verwendet (closed loop).
Anschauliche physikalische Interpretationen der Ergebnisse (Quanteninterferenzen, ”dressed states”, Bloch Vektor) werden gegeben und die Allgemeingültigkeit der Quantenkontrollmechanismen diskutiert.
Hauptvortrag
A VII Do 12:00 HS 133
Dynamik ultrakalter Rydberggase und Plasmen — •Thomas
Pattard — MPI für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38,
01187 Dresden
Die experimentellen Techniken zum Kühlen und Einfangen neutraler
Atome sowie deren gezielter Manipulation haben in den letzten Jahren gewaltige Fortschritte gemacht und damit der Atomphysik einen ganz neuen Bereich eröffnet. Dabei hat sich neben einer Vielzahl anderer Fragen
das Feld der ultrakalten Rydberggase und Plasmen als spannendes Gebiet herauskristallisiert. Experimente zeigen hier eine reichhaltige Physik,
von der Erzeugung sogenannter stark gekoppelter Plasmen über Fragestellungen der Vielteilchenphysik bis hin zur technologischen Relevanz im
Zusammenhang mit der Produktion von Antiwasserstoff. Im Vortrag werden einige Schlüsselexperimente vorgestellt sowie der gegenwärtige Stand
unseres theoretischen Verständnisses diskutiert. Ein von uns entwickeltes
Hybrid-Verfahren erlaubt es, einerseits über ein “mean-field”-Niveau hinauszugehen und Korrelationseffekte adäquat zu behandeln, andererseits
aktuelle Experimente über die für atomphysikalische Prozesse extrem
langen Zeiten von hunderten von Mikrosekunden zu simulieren. Es zeigt
sich, dass die Dynamik der kalten Rydberggase und Plasmen auf diese Art
weitestgehend beschrieben werden kann und wir die wesentlichen Aspekte der entsprechenden physikalischen Mechanismen verstehen. Dennoch
verspricht auch die Zukunft Überraschungen und spannende Experimente
auf diesem Gebiet, z.B. die Coulomb-Kristallisation frei expandierender
lasergekühlter Plasmen [1].
[1] T. Pohl, T. Pattard und J. M. Rost, physics/0311131 (2003)
Hauptvortrag
A XI Fr 12:00 HS 133
Status of PHELIX laser and first experiments — •S. Borneis1 ,
R. Bock1, E. Brambrink1,2 , H. Brand1 , J. Caird3 , E. M. Campbell4 , E. Gaul5 , W. Geithner1 , S. Goette1, C. Haefner1 , T.
Hahn1 , H. M. Heuck1,6, D.H.H. Hoffmann1,2, D. Javarkova1 , H.J. Kluge1 , T. Kuehl1 , S. Kunzer1,7 , T. Merz1,2 , P. Neumayer1 ,
M. D. Perry4 , D. Reemts1 , M. Roth1,2 , S. Samek1,8, G. Schaumann1,2 , F. Schrader1 , W. Seelig2 , A. Tauschwitz1 , R. Thiel1 ,
D. Ursescu1 , P. Wiewior1,9 , and U. Wittrock6 — 1 Gesellschaft
fuer Schwerionenforschung (GSI), Darmstadt — 2 Technical University of
Darmstadt — 3 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Livermore, USA — 4 General Atomics, San Diego, USA — 5 University of
Texas, Austin, USA — 6FH Muenster — 7 FH Darmstadt — 8 University
of Krakow, Poland — 9 Julius-Maximilians University of Wuerzburg
GSI Darmstadt currently builds a 1 Kilojoule/1 Petawatt laser system
- PHELIX - in close collaboration with the Lawrence Livermore National
Laboratory (LLNL) and the CEA in France. With PHELIX GSI will
offer to the science community the world-wide unique combination of a
high-current, high-energy (GeV/u) heavy-ion beam with an intense laser
beam. This will open the door to a variety of fundamental science issues
in the field of atomic physics, plasma physics and nuclear physics. We
will report the current status of the project as well as the laser architecture that is based on 31.5 cm diameter Nova and Phebus amplifiers.
First experiments will also be briefly reviewed.
Hauptvortrag
A VIII Do 12:30 HS 133
Hoch ionisiert und was nun? - Von elektronischen Kurzzeitprozessen bis zu Strahlenschäden durch schnelle Schwerionen
— •Gregor Schiwietz — Hahn-Meitner-Institut Berlin, Abt. SF4,
Glienicker Str. 100, 14109 Berlin
Innerhalb von Festkörpern können elektronische Anregungen durch
schnelle Schwerionen zu permanenten Materialänderungen, so genannten
Ionenspuren, führen. Dies sind zylinderförmige chemische oder strukturelle Defekte deren Aspektverhältnisse 1:1000 überschreiten können.
Im Vortrag wird dargelegt, wie man durch Auger-Elektronenund Sekundärionen-Spektroskopie unter Ultrahochvakuum-Bedingungen
Schnappschüsse der Zeitenwicklung solcher Ionenspuren aufnimmt. Dabei lassen sich die Versuchsbedingungen so wählen, dass Ionen als
wohldefinierte starke Anregungsquellen, vergleichbar mit fokussierten
XFEL-Pulsen oder auch mit Ionen unter Einzelstoßbedingungen, extrem nichtlineare Anregungen im Festkörper bewirken. Dies kann bis zur
vollständigen Ionisation aller Atome entlang des Projektilpfades reichen
und führt zur Ausbildung eines heißen Plasmas in der Ionenspur. Die
entsprechenden Neutralisations- und Rekombinationsschritte im Elektronensystem sind stark von der Festkörperstruktur abhängig und legen die
atomaren Umordnungsmechanismen fest.
Hauptvortrag
A XII Fr 12:30 HS 133
Femto-Sekunden-Kohärenzanalyse
der
Zwei-PhotonenStrahlung des metastabilen Wasserstoffs — •Hans Kleinpoppen
— Atomic Physics Laboratory, University of Stirling, Stirling, Scotland
und Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4–6,
D-14195 Berlin, Germany
Es wird über Resultate neuer Methoden zur experimentellen Analyse
des EPR-Paradoxon und der Polarisations-Kohärenz der Zwei-PhotonenStrahlung des metastabilen, atomaren Wasserstoffs als EPR-Quelle mit
50%tiger Verletzung der Bell’schen Ungleichung berichtet.
Das zeitliche Intervall ∆t, innerhalb dessen die Zwei-PhotonenEmission erfolgt, ist endlich (nicht simultan!), z.B. ∆t = 1.3 · 10−15 s.
Die zu dieser Zeit korrespondierende Kohärenzlänge des Wellenpakets
der Zwei-Photonen-Strahlung ist `coh = c · ∆t = 400 nm; dies
entspricht ca. einem Faktor 1.6 der Wellenlänge für das Maximum
der kontinuierlichen Zwei-Photonen-Wellenlängenverteilung. Eine neue
Theorie der Zwei-Photonen-Strahlung des metastabilen Wasserstoffs
Hauptvortrag
A IX Fr 11:00 HS 133
Edelgascluster in kurzen intensiven Laserpulsen — •Ulf Saalmann — Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer
Str. 38, 01187 Dresden
Edelgascluster zeigen in Experimenten eine außerordentlich effektive
Absorption von Energie aus kurzen intensiven Laserpulsen im Bereich
optischer Wellenlängen. Wir diskutieren die Mechanismen dieser Absorption auf Grundlage mikroskopischer Untersuchungen der Dynamik
von Elektronen und Ionen in Clustern mit bis zu 1000 Atomen. Die beobachtete kollektive Dynamik der Elektronen im expandierenden Cluster ermöglicht eine resonante Absorption. Sie kann durch das einfache
Modell eines gedämpften und getriebenen harmonischen Oszillators charakterisiert werden und erlaubt die Abgrenzung zur Ionisationsynamik
in sehr kleinen oder sehr großen Clustern [U. Saalmann and J.-M. Rost,
8
sagt eine Kohärenzlänge von ≈ 100 nm in guter Übereinstimmung mit
der Größenordnung des gemessenen Wertes voraus.
9
Fachsitzungen
– Gruppenberichte, Kurzvorträge und Posterbeiträge –
A 1 Elektronenstreuung und Rekombination
Zeit: Montag 11:00–12:45
Raum: HS 132
A 1.1 Mo 11:00 HS 132
Dynamic Screening der 3C-Wellenfunktion bei (e,3e) an Helium
— •Jens Robin Götz1, Michael Walter2 und John Briggs1 —
1
Physikalisches Institut der Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str.
3, D - 79104 Freiburg — 2 University of Jyväskylä, PL 35 (YFL), Finland
Durch die Verwendung von dynamic screening bei einer 3CWellenfunktion für die Beschreibung des Endzustands von (e,3e) an
Helium werden Drei-Teilchen-Effekte berücksichtigt, die besonders im
Bereich der Ionisationsschwelle nicht vernachlässigt werden können.
Die so erhaltenen theoretischen Vorhersagen stimmen im Rahmen der
ersten Bornschen Näherung, bei der die Wechselwirkungen zwischen
dem ursprünglichen Projektil im Endkanal mit dem restlichen System
vernachlässigt werden, sehr gut mit dem Experiment (Dorn et al 2001
Phys. Rev. Lett. 86 3755-58) überein.
Es wird ferner untersucht, ab welcher Energie der Sekundärelektronen
die Auswirkung des dynamic screening verschwindet.
A 1.4 Mo 11:45 HS 132
Hyperfein-Abregung des 4s4p 3 P0 -Zustands von zinkähnlichem
Platin beobachtet mittels dielektronischer Rekombination —
•S. Schippers1 , C. Brandau1 , S. Böhm1, M. Grieser2 , G. Gwinner2 , S. Kieslich1 , H. Knopp1 , A. Müller1 , R. Repnow2 , D.
Schwalm2 und A. Wolf2 — 1 Justus-Liebig-Universität, 35392 Gießen
— 2 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029 Heidelberg, Germany
Am Heidelberger Schwerionenspeicherring TSR wurde der Ratenkoeffizient der dielektronischen Rekombination (DR) zinkähnlicher Pt48+ Ionen bei kleinen Elektron-Ion-Relativenergien gemessen. Dabei wurde untersucht, inwieweit die DR-Resonanzstruktur vom magnetischen
Moment des Kerns abhängt. Deutliche Unterschiede in der DRResonanzstruktur wurden zwischen den Isotopen 194 Pt and 198 Pt einerseits und dem Isotop 195 Pt andererseits beobachtet. Diese Differenzen lassen sich durch die Präsenz einer langlebigen metastabilen 4s4p 3 P0 Komponente der gespeicherten 194 Pt48+ und 198 Pt48+ -Ionenstrahlen erklären.
Bei 195Pt, das im Gegensatz zu den Isotopen 194 Pt und 198Pt über ein
magnetisches Moment verfügt, wird der Zerfall der metastabilen 4s4p 3 P0
Komponente im Ionenstrahl durch die Hyperfein-Wechselwirkung verursacht. Daher fehlen“ im DR-Spektrum von 195 Pt48+ die DR-Resonanzen,
”
die mit 4s4p 3 P0 → 4p2 - Anregungen assoziiert sind und die in den DRSpektren der Isotope ohne magnetisches Kernmoment beobachtet werden.
A 1.2 Mo 11:15 HS 132
Hochauflösende Messungen von DR an leichten heliumund
lithiumähnlichen Ionen — •M. Lestinsky1 , S. Böhm2 , S. Kieslich2 , A. Müller2 , R.A. Phaneuf2 , S. Schippers2 , M. Schnell1 ,
D. Schwalm1 , F. Sprenger1 und A. Wolf1 — 1 Max–Planck–Institut
für Kernphysik, Heidelberg — 2 Institut für Kernphysik, Justus-LiebigUniversität, Gießen
Dielektronische Rekombination von Elektronen mit He- und Li-ähnlichen B3+ und B2+ wurde mit dem neuen Elektronentarget am Heidelberger TSR bei Stoßenergien zwischen 0 und 250 eV untersucht. Zum ersten
Mal ist es damit möglich in einem Schwerionenspeicherring Elektron–
Ion–Stoßexperimente durchzuführen, während gleichzeitig der bis dato
dazu verwendete Elektronenkühler zur ausschließlichen Kühlung eingesetzt wurde. In den ersten Experimenten mit dem Target zeigte sich bei
Stoßenergien um 120 eV im Schwerpunktsystem eine Energieauflösung
von ungefähr 0.24 eV. Bei diesen höheren Relativenergien werden die Resonanzbreiten ausschließlich von der longitudinalen Temperaturkomponente der Elektronen bestimmt. Im direkten Vergleich mit bisherigen am
Elektronenkühler durchgeführte Messungen wurde damit bei einer daraus resultierenden longitudinalen Elektronentemperatur von 30µeV ein
Faktor drei in der Verbesserung der Elektronentemperatur erzielt.
A 1.5 Mo 12:00 HS 132
Chaotic Scattering of Cold Atoms in Optical Lattices — •S.
Mossmann, C. Schumann, and H. J. Korsch — Fachbereich Physik,
TU Kaiserslautern
Cold Atoms in a standing laserfield provide an opportunity for an
experimental realisation of Quantum Chaos. Under the influence of a
constant and time-periodic force, the system becomes classically chaotic.
Signatures of this behavior will be analysed by comparing the survival
probabilities with the results of Random Matrix Theory. The survival
probability depends extremely sensitively on the symmetries of the system and exhibit a fractal structure with respect to the ratio of driving
frequency and intrinsic Bloch frequency.
A 1.6 Mo 12:15 HS 132
Ausbreitung Gaußscher Wellenpakete im regularisierten
Coulomb-Potential — •Tomaž Fabčič, Jörg Main und Günter
Wunner — Institut für Theoretische Physik 1, Universität Stuttgart,
D-70550 Stuttgart
Die zeitliche Ausbreitung Gaußscher Wellenpakete in quantenmechanischen Systemen wird untersucht. Dies hat den Vorteil, daß nur wenige Parameter zur Beschreibung der Wellenfunktion nötig sind, für die
man Differentialgleichungen erster Ordnung erhält. Dies ist insbesondere in Systemen mit vielen Freiheitsgraden von Vorteil. Die Beschreibung
der tatsächlichen Wellenfunktion durch Gaußsche Wellenpakete ist für
harmonische, d.h. auch für lineare und konstante Potentiale exakt. Die
Näherung ist gut für glatte Potentiale, die sich im Bereich des Wellenpakets gut durch eine Parabel annähern lassen. Für das Coulomb-Potential
ist dies nicht der Fall. Eine Regularisierung durch semiparabolische Koordinaten und Zeittransformation ermöglicht für das Coulomb-Potential
eine Näherung der Wellenfunktion durch Gaußsche Wellenpakete. Die
Methode erlaubt die Berechnung der Zeitentwicklung Gaußscher Wellenpakete auch für Atome in äußeren Feldern.
A 1.3 Mo 11:30 HS 132
Die Elektronenwechselwirkung und Isotopieeffekte bei der
dielektronischen Rekombination in schwere Ionen — •Zoltán
Harman1 , Roxana Şchiopu2 , Norbert Grün1 und Werner
Scheid1 — 1 Institut für Theoretische Physik, Justus-Liebig-Universität
Giessen — 2 Institut für Physik, Theoretische Elementarteilchen-Physik,
Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
Wir untersuchen die Elektronenwechselwirkung bei dem resonanten
Einfang von Elektronen in wasserstoffartige schwere Ionen. Die vom Austausch eines transversalen Photons stammende generalisierte Breitwechselwirkung beschreibt Retardierungseffekte und die magnetische Wechselwirkung zweier Dirac-Teilchen. Sie hat bei relativistischen Energien, besonders im Bereich der KLL-Resonanzen von sehr schweren Ionen, einen
größeren Einfluß auf die Übergangsraten. Als weiteren Beitrag untersuchen wir die Wirkung des Zweiphotonen-Austauschs auf den Querschnitt
der Rekombination.
Außerdem präsentieren wir Rechnungen zur Isotopieverschiebung der
dielektronischen Resonanzlinien beim Einfang in wasserstoff-, heliumund lithiumähnliche Ionen. Wir zeigen, daß die Ladungsverteilung des
Atomkerns die energetische Lage der Resonanzen in Abhängigkeit von
der Kernladung, der Kernmasse und dem Rekombinationstyp beeinflußt.
A 1.7 Mo 12:30 HS 132
Semiklassisches Photoabsorptsionsspektrum des Wasserstoffatoms im Magnetfeld: Suche der geschlossenen Bahnen mittels
eines Multishooting-Algorithmus — •Ralf Habel, Jörg Main
und Günter Wunner — Institut für Theoretische Physik 1, Universität Stuttgart, D-70550 Stuttgart
Mit der Closed-Orbit-Theorie ist es möglich, Photoabsorptionsspektren
10
und Energieeigenwerte semiklassisch aus den Bahndaten der im Kern
geschlossenen klassischen Bahnen zu gewinnen. In Systemen mit weichen Potenzialen wie zum Beispiel dem Wasserstoffatom im Magnetfeld
stossen einfache shooting- oder biscetion-Methoden bei der Bahnsuche
jedoch schnell an Grenzen. Mittels eines Multishooting Verfahrens, in
Kombination mit ihrer symbolischen Dynamik, lässt sich die Bahnsuche
systematisieren. Damit lassen sich extrem lange und instabile Bahnen berechnen. Es wurden auf diese Weise ca. 16 Millionen Bahnen für das diamagnetische Wasserstoffatom bestimmt! Sie bilden die Grundlage für die
semiklassische Berechnung des Photoabsorbtionsspektrums und, mittels
Harmonischer Inversion, individueller Energieeigenwerte und Übergangsdipolmatrixelemente.
A 3 Kalte Atome in Fallen
Raum: HS 132
A 3.1 Mo 14:00 HS 132
Atomic Scattering on Bose-Einstein Condensates — •Joachim
Brand, Ivo Häring, and Jan Michael Rost — Max-Planck-Institut
für Physik komplexer Systeme
A relation between the number of bound collective excitations of an
atomic Bose-Einstein condensate and the phase shift of elastically scattered atoms is derived. Within the Bogoliubov model of a weakly interacting Bose gas this relation is exact and generalises Levinson’s theorem.
Specific features of the Bogoliubov model such as complex-energy modes,
continuum bound states, and Fano resonances are discussed and a numerical example is given.
their response to external excitation. The results of the different methods
agree within their uncertainties and represent an example for a system
where a temperature can be assigned to a single particle in a thermal
equilibrium with its surrounding by use of the ergodic principle.
A 3.4 Mo 14:45 HS 132
Ultracold Fermi and Bose gases in exotic optical lattices.
— •Mikhail Baranov1 , Hans-Ulrich Everts1 , Henning
Fehrmann1 , Luis Santos1 , Ignacio
Cirac2,3 , and Maciek
Lewenstein1,3 — 1 Institüt für Theoretische Physik, Universität
Hannover, 30167 Hannover, Germany — 2 Max Plank Institüt für
Quantenoptic, 85748 Garching, Germany — 3 Institut de Ciéncies
Fotóniques, Barcelona 08034, Spain
We study the phase diagram of ultracold quantum degenerate Fermi
and Bose gases and thier mixtures in frustrated optical lattices, i.e.
Kagome lattice and its trimerized modification. Placed in such a lattice, quantum gases demonstrate very reach phase diagrams, and can be
used as a tool for modelling the behaviour of quantum fructrated antiferromagnets.
A 3.2 Mo 14:15 HS 132
Kohaerenete Kontrolle fuer ein Modellpotential und das Helium Atom — •Imre F. Barna, Andreas Becker und Jan-Michael
Rost — Max-Planck-Institute fuer Physik komplexer Systeme
Mit dem genetischen Algoritmus berechnen wir optimierte phasenmodulierte kurze XUV Laserpulse fuer die Anregung und Ionisation und
gewinnen bis zu zwei Groessenordnungen in den Uebergangswahrscheinlichkeiten. Wir untersuchen ein Kastenpotentialmodell mit wenig gebundenen Zustaenden um den berechneten Kontrollmechanismus des Heliumatoms zu verstehen. Das Laserfeld wird klassisch behandelt und die
Elektronendynamik durch die zeitabhaengige Schroedingergleichung ermittelt.
A 3.5 Mo 15:00 HS 132
N-component Bose-Einstein condensate in an optical lattice —
•Christopher Moseley and Klaus Ziegler — Lehrstuhl für theoretische Physik II, Institut für Physik, Universität Augsburg, Universitätsstr. 1, 86135 Augsburg
We consider an N-component system of hard-core bosons in an optical
lattice. On each lattice site a boson can occupy one of the N different
states. Tunneling is possible between neighbouring lattice sites as well as
between the states. In our model, the limit N → ∞ can be solved exactly.
This case represents a Bose-Einstein condensate where interactions play
a minor role due to the large number of possible states.The influence of
the hard-core interaction in a system with finite N can be investigated
by means of a 1/N-expansion. This approach allows the determination
of several physical quantities like the density of the condensate, the condensate fraction and the dispersion relation and density of states of quasi
particles. The zero temperature phase diagram is investigated.
A 3.3 Mo 14:30 HS 132
The Temperature of a single Ion in a Penning trap — •Slobodan
Djekic, Joseba Alonso, Fernando Galve, Stefan Stahl, Tristan Valenzuela, José Verdú, Manuel Vogel, and Günther
Werth — Institut f ür Physik, Universität Mainz, Germany
We have developed several independent methods to determine the temperature of single ion stored in a Penning trap and applied them to a
single 12 C5+ ion that has been stored for several weeks. The ion’s trapping motions are monitored by their induced image currents upon the
trap electrodes and the attached resonance circuits. A Fourier transform
analyis of the detection signal in the resonance circuits then yields information both on the motional frequencies and relative amplitudes and
A 5 Neue Aspekte der Atomphysik I
Raum: HS 132
A 5.1 Mo 16:30 HS 132
Attosecond entanglement of protons and electrons in condensed
matter - Compton scattering results and theoretical considerations — •C. Aris C.-Dreismann1 and Tyno Abdul-Redah1,2
— 1 Inst. f. Chemie, Stranski Lab., TU Berlin, D-10623 Berlin — 2 ISIS
Facility, R.A.L., Oxfordshire, OX11 0QX, U.K.
Several experiments on liquid and solid samples containing protons
show a striking shortfall in the intensity of epithermal neutrons scattered by the protons [1-3]. E.g., neutrons colliding with water for just
attoseconds (as) will see a ratio of H to O of roughly 1.5 to 1, instead of
2 to 1 [1,3]. Due to the large energy and momentum transfers applied in
these neutron Compton scattering (NCS) experiments, the duration of
a neutron-proton scattering event is about 50-500 as. Very recently [2,3]
this effect has been confirmed using electron-proton Compton scattering
(ECS) from a solid polymer [2,3]. Recall that electrons and neutrons interact with protons via fundamentally different forces – electromagnetic
and strong. Theoretical considerations support the presence of attosecond
quantum entanglement in the dynamics of the protons and the surrounding electrons. Note also that the time window of NCS and ECS is equal
to the characteristic time of ’electron motion’, so that the widely used
Born-Oppenheimer approximation is not applicable here.
[1] C. A. Chatzidimitriou-Dreismann et al., Phys. Rev. Lett. 79, 2839
(1997). [2] C. A. Chatzidimitriou-Dreismann et al. Phys. Rev. Lett. 91,
057403 (2003). [3] Cf.: Physics Today, sect. ’Physics Update’, p. 9, Sept.
2003; Scientific American, sect. ’News Scan’, p. 20, Oct. 2003
A 5.2 Mo 16:45 HS 132
Quantenreflexionsphasen
von
Casimir-van
der
WaalsPotentialen — •Alexander Jurisch und Harald Friedrich —
Physik-Department, Technische Universität München, 85747 Garching
bei München
Wir untersuchen die Phase der Reflexionsamplitude für Quantenreflexion von Atomen an attraktiven Potentialschwänzen vom Casimir-van
der Waals-Typ. Die Kenntnis dieser Phasen erlaubt es die vom Potential induzierte Orts- und Zeitverschiebung der Atome relativ zu freien
Atomen zu berechnen. Aus dem Schwellenverhalten der Quantenreflexionsphase kann eine effektive Streulänge berechnet werden, deren Verhalten Aufschluß über die relative Dominanz der inneren Längenskalen des
Casimir-van der Waals-Potentials gibt.
11
A 5.3 Mo 17:00 HS 132
Ein neues Quanteninterferenz-Magnetometer in Rubidium —
•Roland Lammegger , Arno Huss, Stefan Hatzl und Laurentius Windholz — Petersgasse 16 8010 Graz
Wir stellen ein auf optischer Anregung basierendes skalares und vektorielles Magnetometer vor. Das Meßprinzip basiert auf einem Quanteninterferenzeffekt, bei dem Atome unter Einhaltung der Zwei-Photonen
Resonanz in einen Dunkelzustand präpariert werden. Dieser Effekt ist
als Elektromagnetisch Induzierte Transparenz (EIT) bekannt. Das Anregungsschema wird dabei durch Λ-artige Dreiniveausysteme innerhalb der
magnetischen Subniveaus der Rb87 D1 -Linie realisiert. Änderungen des
magnetischen Feldes führen über Zeemannverschiebungen der beteiligten
Niveaus zu einer Verstimmung von der Resonanz. Durch Verwendung
von Puffergas können Linienbreiten im kHz-Bereich erzielt werden. Bei
der experimentellen Realisierung wird eine sog. Hanle-Effekt Anordnung
mit nur einer einzigen Laseranregungsfrequenz gewählt. Eine Messung
von Lage und Breite der EIT Resonanzen ermöglicht die vollständige
Bestimmung des magnetischen Feldes bei einer mGauß Auflösung und
einem absoluten Meßbereich von mehreren Gauß.
Unterstützt durch das EU Projekt New Magnetometer“ (GRD1-2001”
40031).
Brighter XUV sources are quickly improving. X-ray lasers offer several
orders of magnitude higher peak brilliance than third generation synchrotron or other incoherent sources at a narrow emission bandwidth. We
present here the set-up of the transient collisionally excited X-ray laser
which delivered first pulses at 22 nm wavelength, aswell as the multi Terawatt infrared laser for pumping the X-ray laser. Using the experimental
results we can identify corrections to be made in a simple-man’s model
of the X-ray laser plasma. Taking into account the rapid development
of high power/high energy laser systems our experimental results and
analysis might provide usefull input for the development towards high
repetition rate X-ray laser systems.
A 5.6 Mo 17:45 HS 132
Gas phase chemical investigation of new elements produced in
Ca-48 induced nuclear fusion reactions: status and perspectives
— •Robert Eichler — Labor fuer Radio-und Umweltchemie Paul
Scherrer Institut, CH-5232 Villigen, PSI
Recently, at FLNR Dubna, Russia numerous new isotopes of transactinide elements have been discovered in Ca-48 induced nuclear reactions
with actinide targets. Their unambiguous identification is complicated,
since all measured correlated decay chains end up in an unknown region
of nuclei. We present results from gas phase chemical experiments to characterize element 112. The isotope with the mass number 283 is produced
in the reaction of Ca-48 and U-238 and decays with a half-live of about
5 min by spontaneous fission (SF). The volatile reaction products are
investigated using the IVO (In-situ Volatilisation and On-line Detection)
technique, aiming to measure adsorption properties of element 112 with a
gold surface. Simultaneously, the elements mercury and radon have been
investigated. This procedure allows for a distinction of the behaviour of
element 112 between noble gas and metal. The predictions regarding its
chemical beahavior are complicated, because of the expected strong relativistic effects in the electron structure of the element, caused by the
high nuclear charge. We observed SF decay events, which we tentatively
attribute to 112-283. A thermochemical analysis of the chromatographic
results allowed for estimation of first thermodynamic data for element
112. Status of the data analysis and prospects for future experiments
will be presented.
A 5.4 Mo 17:15 HS 132
Elektronenpromotion bei der streifenden Streuung schneller
Neon-Atome an einer Al(111) Oberfläche — •Sven Lederer,
Yuri Matulevich und Helmut Winter — Institut für Physik, Humboldt Universität zu Berlin, Brook-Taylor-Str. 6, D-12489 Berlin
Der Energieverlust von Neon-Atomen mit keV-Energien bei der streifenden Streuung an einer Al(111)-Oberfläche wurde koinzident mit der
Zahl der emittierten Elektronen untersucht. Dabei ergibt sich für koinzidente Ereignisse, die mit der Emission von einem (zwei) Elektron(en)
verbunden sind, ein diskreter zusätzlicher Energieverlust von ca. 35 eV
(ca. 80 eV) gegenüber elastisch gestreuten Projektilen. Auf Basis von
Computersimulationen zu Trajektorien der Projektile wird dieser Energieverlust der Formierung von Ne+ - und Ne2+ -Ionen durch einen Promotionsmechanismus zugeschrieben, der zur Einfach-/Zweifach-Ionisation in
Stößen von Ne- mit Al-Atomen des Targets führt. Dieser Prozess findet
bei internuklearen Abständen der Stoßpartner ≤ 1.2 a.u. statt, was den
erhöhten elastischen Energieübertrag auf das Target für Ereignisse mit
Elektronenemission erklärt.
A 5.5 Mo 17:30 HS 132
Towards high repetition rate transient collisionally pumped
x-ray laser — •Daniel Ursescu1,2 , Paul Neumayer1,3 , Thomas
Kuehl1,2 , Stefan Borneis1 , Erhard Gaul1 , Wolfgang Geithner1 , Constantin Haefner1 , Piotr Wiewior1,4 , Kevin Cassou5 ,
David Ros5 , Annie Klisnick5 , and Peter Nickles6 — 1 PHELIX
Project, GSI-Darmstadt, Germany — 2 EXAKT, Johannes Gutenberg
Universitaet Mainz, Germany — 3 Technische Universitaet Darmstadt,
Germany — 4 Universitaet Wuerzburg, Germany — 5 LIXAM, Universite
Paris-Sud, France — 6 Max Born Institut Berlin, Germany
A 7 Cluster
Zeit: Dienstag 11:00–12:15
Raum: HS 132
A 7.1 Di 11:00 HS 132
Kollektive Dynamik in Metallclustern bei Pump-ProbeAnregung — •Thomas Fennel, Tilo Döppner, Josef
Tiggesbäumker und Karl-Heinz Meiwes-Broer — Universität
Rostock, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Die Femtosekunden-Dynamik der Anregung von Metallclustern
durch intensives Laserlicht im optischen Bereich wurde kürzlich unter
Anwendung der Pump-Probe-Technik an Blei- und Silberclustern
untersucht [1]. Es konnte gezeigt werden, dass durch den Einsatz
von zwei Pulsen zunächst eine Aktivierung der Expansion und nach
einer optimalen Zeitverzögerung eine besonders effektive Aufladung
für emittierte Ionen auftritt. Die starke Energieeinkopplung wird
durch die kollektive Anregung der Elektronen erreicht. Motiviert durch
diese Experimente werden Ergebnisse zeitaufgelöster Simulationsrechnungen der Coulombexplosion einfacher Metallcluster (NaN ) für
Pump-Probe-Szenarien vorgestellt. Hierbei werden die Elektronen- und
Ionendynamik in einem 3-dimensional aufgelösten Modell mit Techniken
der Dichtefunktionaltheorie (Vlasov-LDA) behandelt [2].
Die Analyse ist in der Lage, Vorhersagen zur Dynamik der Anregungsund Zerfallsprozesse zu machen, die im Experiment direkt überprüft
werden können.
[1] T. Döppner, S. Teuber, Th. Diederich, Th. Fennel, P. Radcliffe, J.
Tiggesbäumker and K.-H. Meiwes-Broer,Eur. Phys. J. D 24, 157 (2003)
[2] T. Fennel, G.-F. Bertsch and K.-H. Meiwes-Broer, submitted to Eur.
Phys. J. D
A 7.2 Di 11:15 HS 132
Electron Emission from Metal Clusters after Excitation with
Intense Laser Fields — •Paul Radcliffe, Tilo Döppner, Josef
Tiggesbäumker, and Karl-Heinz Meiwes-Broer — Fachbereich
Physik, Universität Platz 3, Universität Rostock, 18051 Rostock
Neutral clusters of metal atoms (CuN , AgN , and PbN , N ∼ 1–1000) are
exposed to intense, femtosecond laser pulses. From previous experiments,
we find that the ionization dynamics of the Coulomb explosion show a
strong time dependence [1,2]. Initially, the rising edge of the laser pulse
12
ejects electrons via barrier supression. The cluster expands, in turn the
plasmon energy sinks, and after several hundred femtoseconds it reaches
the laser energy and enhanced ionization follows.
Since the collective electron response is probed, measuring the electron
emission allows a direct study of the plasmon dynamics. In a first attempt
we measured the total electron emission. The yield in all cases is found to
be unexpectedly asymmetric, when pulses of different widths are used for
excitation. The total sum exhibits a resonance when the pulse duration
is about 1 ps.
[1] L. Köller et al., Phys. Rev. Lett. 82 (19), 3783-86 (1999).
[2] T. Döppner et al., Eur. Phys. J. D. 24, 157-160 (2003).
The electronic properties of large metal spherical clusters are investigated using a finite temperature Green’s function approach. On the
basis of first-order perturbation theory the impact of many-body effects
is discussed. In particular, for impurity doped clusters oscillations in the
electronic charge density ( Friedel oscillations) occur which have a distinctively different behaviour than those found in extended systems (e.g.
in metal surfaces). Finite size effects are discussed and their influence on
fluctuation-mediated interactions is illustrated.
A 7.5 Di 12:00 HS 132
Wechselwirkung von intensiver VUV Strahlung des TTF FreierElektronen Lasers mit Edelgasclustern — •Christoph Bostedt1,
A.R.B. de Castro2 , P. Gürtler1 , T. Laarmann1 , W. Laasch1 ,
J. Schulz1 , H. Wabnitz1 und T. Möller1 — 1 Hasylab at DESY,
Notkestr. 85, 22603 Hamburg — 2 LNLS, 13084-971 Campinas SP, Brasil
Der Freie-Elektronen Laser (FEL) an der TESLA Test Facility am
DESY in Hamburg produziert vakuum-ultraviolette Strahlung bis 100
nm und Pulslängen von 50 – 100 fs mit bisher ungekannter Intensität
im Gigawatt Bereich. Zur Untersuchung der Wechselwirkung zwischen
der FEL Strahlung und Materie wurden Ionisationsexperimente an freien Edelgasclustern durchgeführt. Bei Xe Clustern mit 2500 Atomen wurde überraschend hohe Absorption von durchschnittlich 600 eV bzw. 50
Photonen pro Atom gemessen. Nach Anregung zerfallen die Cluster komplett durch Coulomb Explosion in mehrfach geladene Ionen mit Ladungszuständen bis zu Xe8+ und kinetischen Energien bis zu 3 keV. Untersuchungen über resonante und nicht-resonante Anregung in Ar800 Clustern
zeigen, dass bei Peak-Intensitäten der FEL Strahlung von über 1012
W/cm2 die spezifische elektronische Struktur der Cluster keinen Einfluss
auf die Dynamik der Coulomb Explosion hat. Diese experimentellen Ergebnisse werden im Rahmen neuer theoretischer Vorhersagen diskutiert.
A 7.3 Di 11:30 HS 132
Edelgascluster in FEL-Pulsen — •Christian Siedschlag1 und
Jan-Michael Rost2 — 1 AMOLF Amsterdam, The Netherlands —
2
MPIPKS Dresden
Wir stellen ein gemischt quanten-klassisches, mikroskopisches Modell
zur Wechselwirkung von Edelgasclustern mit FEL-Strahlung vor. Durch
den Einfluss der Clusterumgebung kann bereits bei einer Intensitaet von
1013 W/cm2 eine betraechtliche Anzahl an Elektronen durch modifizierte
Ein-Photon-Prozesse aus den Atomruempfen befreit werden, so dass die
Heizrate durch inverse Bremsstrahlung im so entstehenden Nanoplasma
hoeher ist, als man zunaechst auf der Basis rein atomarer Ueberlegungen
erwarten wuerde. Zusaetzlich sorgt die sphaerische Struktur der betrachteten Cluster fuer eine inhomogene Ladungsverteilung im Cluster; aus
der Kombination dieser beiden Effekte koennen die kuerzlich beobachteten hohen atomaren Ladungszustaende nach der Clusterfragmentation
erklaert werden.
A 7.4 Di 11:45 HS 132
Structure and dynamics of impurity doped metal clusters —
•Jamal Berakdar — Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik,
Weinberg 2, D-06120 Halle, Germany
A 9 Poster 1
Raum: Schellingstr. 3
A 9.1 Di 14:00 Schellingstr. 3
Ionisationsdynamik in atomaren Stößen — •Daniel Fischer1 ,
Robert Moshammer1 , Michael Schulz2 , Alexander Dorn1 ,
Thomas Ferger1 , Alexander Voitkiv1 , Don Madison2 und
Joachim Ullrich1 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117
Heidelberg — 2 University of Missouri-Rolla, Rolla, Missouri 65409-0640,
USA
Mit Hilfe sogenannter ,,Reaktionsmikroskope“ gelingt es die Impulsvektoren aller bei einer atomaren Stoßreaktion auslaufenden Teilchen
kinematisch vollständig zu vermessen. Damit ist es möglich, dynamische Mechanismen bei der Ionisation im Ion-Atom-Stoß zu identifizieren, die in bisherigen Untersuchungen nicht aufgedeckt werden konnten. So wurden z.B. bei der einfachen Ionisation von Helium bei sehr
hohen Projektilgeschwindigkeiten, also im Gültigkeitsbereich der Ersten Bornschen Näherung, Effekte beobachtet, die selbst mit den besten
zur Verfügung stehenden Rechnungen nicht beschrieben werden können.
Voll differentielle Untersuchungen der Doppelionisation in Stößen mit
schnellen Protonen offenbaren nichtlineare Effekte der Projektil-TargetWechselwirkung, und eine sich daraus ergebende Abhängigkeit vom Vorzeichen der Projektilladung, die nur schwer mit dem sehr allgemeinen
Ansatz einer Bornschen Reihe in Einklang zu bringen sind. In diesem
Poster soll ein Überblick über die neuesten Ergebnisse dieser Untersuchungen gegeben werden.
und im Endzustand, aber nicht während der Zeitentwicklung des Systems einschließt. Die Rechnungen beruhen auf der für Elektronenspektren
sehr erfolgreichen Continuum Distorted-Wave with Eikonal Initial-State
Näherung.
Ähnlich wie in früheren Rechnungen auf der Grundlage der Bornschen
Näherung erweisen sich die Endzustandskorrelationen, namentlich die
Coulomb-Abstoßung der Elektronen im Kontinuum, als dominant. Jedoch zeigen sich unter bestimmten kinematischen Bedingungen in den
vierfachdifferentiellen Elektronenspektren auch Strukturen, die sich auf
Korrelationen im atomaren Anfangszustand zurückführen lassen. Diese
Strukturen sollten experimentell nachweisbar sind.
Konsistente gekoppelte Einteilchen-Beschreibung von Elektronenverlust-Prozessen in He+ -Ne und He+ -Ar Stößen — •Tom
Kirchner1 , Marko Horbatsch2 und Hans Jürgen Lüdde3 —
1
Institut für Theoretische Physik, TU Clausthal, Leibnizstraße 10, 38678
Clausthal-Zellerfeld — 2 Department of Physics and Astronomy, York
University, Toronto, Ontario, Canada M3J 1P3 — 3 Institut für Theoretische Physik, Johann Wolfgang Goethe-Universität, Robert-Mayer-Straße
8, 60054 Frankfurt
Ion-Atom-Stöße mit aktiven Projektil- und Targetelektronen stellen aufgrund ihres Zweizentren-Mehrelektronencharakters anspruchsvolle theoretische Probleme dar, die bisher kaum mittels nichtperturbativer, quantenmechanischer Methoden untersucht worden sind. Wir stellen ein neues Modell vor, das auf der Kombination effektiver Einteilchenbeschreibungen für die Zeitentwicklung von Projektil- und Targetelektronen beruht. Wie sich zeigt, ist es wesentlich, dass in der Kombination der zunächst unabhängigen Rechnungen die Nichtorthogonalität der propagierten Orbitale berücksichtigt wird. Unsere Resultate für
Rückstoßionenproduktion und Ionisation in He+ -Ne und He+ -Ar Stößen
stimmen sehr gut mit experimentellen Daten überein.
Anfangs- und Endzustandskorrelationen in der Doppelionisation von Helium durch schnelle Ionenstöße — •Tom Kirchner1
und Laszlo Gulyás2 — 1 Institut für Theoretische Physik, TU Clausthal, Leibnizstraße 10, 38678 Clausthal-Zellerfeld — 2 Institute of Nuclear
Research of the Hungarian Academy of Sciences, H-4001 Debrecen, Hungary
Seit langem wird diskutiert, ob und wie man Effekte der Elektronenkorrelation in Doppelionisationsspektren sichtbar machen und ggf.
nach verschiedenen Anteilen unterscheiden kann. In diesem Beitrag analysieren wir doppelionisierende Ionenstöße an Helium-Atomen im Rahmen einer Zweiteilchenbeschreibung, die Korrelationseffekte im Anfangs13
Transferionisation in schnellen Ion-Atom-Stößen — •Markus
Schöffler, Jasmin Titze, Lothar Schmidt, Ottmar Jagutzki, Reinhard Dörner und Horst Schmidt-Böcking — Institut
für Kernphysik der Johann Wolfgang Goethe-Universität, Frankfurt am
Main
Der kinematische Einfang in schnellen Ion-Atom-Stößen ist sensitiv
auf die hohen Impulskomponenten der Grundzustandswellenfunktion.
“Shake off“ Elektronen, emittiert nach einem Elektroneneinfang tragen Informationen der Elektron-Elektron-Korrelation und können hohe
Impulse besitzen. Mit einem Abbildungssystem nach dem COLTRIMSPrinzip, dass uns die gleichzeitige Detektion von Elektronen bis 500 eV
und Ionen bis 10 a. u. Impuls mit 4π Raumwinkel erlaubt, konnten wir
verschiedene Mechanismen der Transferionisation trennen.
Erste Ergebnisse für Protonen, He+ und He2+ bei 100 keV/u, 300
keV/u und 630 keV/u Projektilenergien werden vorgestellt.
Tatsache, daß die Wolkow-Lösungen auf δ-Funktion normiert“ und or”
”
thogonal“ sind.
[1] D. M. Wolkow, Z. Phys. 94, 250 (1935)
[2] J. San Roman, L. Roso, H. R. Reiss, J. Phys. B: At. Mol. Opt.
Phys. 33, 1869 (2000)
Elektronentransfer in ausgerichtete zweiatomige Molekülionen
bei langsamen Stößen mit Helium — •Ch. Wimmer1 , F. Afaneh2 , O. Jagutzki1 , M. Trummel1 , K. E. Stiebing1 , L. Ph. H.
Schmidt1 , H. Schmidt-Böcking1 und R. Dörner1 — 1 Institut für
Kernphysik, J. W. Goethe-Universität Frankfurt, August-Euler-Straße 6,
D-60486 Frankfurt am Main — 2 Physics Department, Hashemite University, Zarqa 13115, Jordan
Für den Elektronentransfer bei Stößen von Ionen mit ausgerichteten Wasserstoffmolekülen erwartet man aufgrund der zwei identischen
Streuzentren Interferenzstrukturen in der Streuwinkelverteilung [1]. Um
bei der Messung entsprechender Impulsverteilungen die Vorteile der
COLTRIMS-Methode nutzen zu können, haben wir die Rolle von Target
und Projektil vertauscht und die Reaktion AB+ + He → A + B + He+
kinematisch vollständig vermessen. Als molekulare Projektile AB+ wurde
+
+
+
neben H+
2 auch D2 , HD und HeH verwendet. Die direkte Besetzung
dissoziativer Zustände im molekularen Zwischenzustand AB, welche die
Bestimmung der Molekülachse aus dem Aufbruchsimpulsen ermöglicht,
kann über die Energiebilanz des Stoßes sichergestellt werden. Man findet beim Wasserstoff eine im Vergleich zum HeH [2] sehr viel stärkere
Abhängigkeit von der Molekülorientierung, welche auf die Ununterscheidbarkeit der beiden Streuzentren zurückgeführt werden kann. Es wurde untersucht, ob die Verwendung unterschiedlicher Wasserstoff-Isotope diese
Struktur wesentlich ändert.
[1] S. E. Corchs et al., Phys. Rev. A 47, 3937 (1993)
[2] W. Wu et al., Phys. Rev. A 57, R5 (1998)
Mechanismen der Transferionisation in He2+ -He-Stößen von
15 bis 630 keV/u — •Markus Schöffler, Jasmin Titze, Lothar Schmidt, Ottmar Jagutzki, Reinhard Dörner und Horst
Schmidt-Böcking — Institut für Kernphysik der Johann Wolfgang
Goethe-Universität, Frankfurt am Main
Totale Wirkungsquerschnitte für die Transferionisation (He2+ + He →
He+ + He2+ + e− ) sind schon relativ lange und gut bekannt und dies
auch über einen weiten Energiebereich. Je nach Projektilgeschwindigkeit
sind die dominierenden Mechanismen höchst verschiedene. Bei niedrigen Energien dominiert die Ionisation im Zweizentrenpotenzial (Sattelpunktsionisation), während bei höheren Energien der binäre Stoß bzw.
der “Shake off“ zur Emission des zweiten Elektrons führt. Mittels COLTRIMS wurden vollständig differenzielle Wirkungsquerschnitte gemessen
und analysiert. Erste Ergebnisse werden vorgestellt.
Messung des relativistischen Dopplereffektes durch Laserspektroskopie am Schwerionenspeicherring — •Sascha Reinhardt1 ,
G. Huber2 , S. Karpuk2 , G. Saathoff1 , D. Schwalm1, A. Wolf1
und G. Gwinner1 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029 Heidelberg — 2 Institut für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz
Am Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg wird derzeit
ein Experiment zum Test des relativistischen Dopplereffektes und damit
der Zeitdilatation durchgeführt. Dazu werden mittels Laserspektroskopie
die Doppler-verschobenen Frequenzen eines Übergangs in 7 Li+ -Ionen, die
bei etwa 7% der Lichtgeschwindigkeit in einem Speicherring gespeichert
werden, in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung gemessen. Momentan kann
so die relativistische Dopplerformel mit einer Frequenzgenauigkeit von
∆ν/ν = 1 × 10−9 bestätigt und eine obere Grenze von 2, 2 × 10−7 für
Abweichungen von der Zeitdilatation abgeleitet werden [1]. Ein Schwerpunkt des Experiments ist die optische Frequenzmessung mit Laserwellenlängennormalen, die durch jodstabilisierte Laser realisiert werden. Es
werden das hierfür entwickelte und für den Speicherringbetrieb strahl”
zeittaugliche“ Lasersystem vorgestellt und die spezifischen Probleme der
Laserspektroskopie an schnellen gespeicherten Ionenstrahlen beleuchtet.
[1] G. Saathoff et al., Phys. Rev. Lett. 91, 190403 (2003)
Interferenzen beim dissoziativen Elektronentransfer in ProtonD2 -Stößen — •Jasmin Titze, M. Schöffler, A. Czasch, M. Hattaß, T. Jahnke, M. Odenweller, S. Schößler, C. Wimmer,
L. Ph. H. Schmidt, O. Jagutzki, H. Schmidt-Böcking und R.
Dörner — Institut für Kernphysik der J. W. Goethe-Universität Frankfurt am Main
Die zwei identischen Streuzentren im D2 -Molekül lassen Interferenzen
beim Elektronentransfer erwarten. Moleküle [1], die senkrecht zur Strahlrichtung ausgerichtet sind, können als Doppelspalt interpretiert werden.
Wir haben die Reaktion p + D2 → H + D + D+ mit einem Abbildungssystem nach dem COLTRIMS-Prinzip (Cold Target Recoil Ion Momentum Spectroscopy) vermessen. Die Selektion der dissoziativen Kanäle ist
notwendig, da nur hier die Richtung der Molekülachse aus dem Impuls
des detektierten Fragments ermittelt werden kann. Zur Verbesserung der
Streuwinkelauflösung wurden in der Kollimationstrecke eine elektrostatische Quadrupollinse eingebaut, die den Durchmesser des Protonenstrahl
auf dem Projektildetektor um einen Faktor 2,5 reduziert. Es werden Aufbau und erste Ergebnisse gezeigt.
[1] N. C. Deb, A. Jain, J.H. McGuire, Phys. Rev. A 38, 3769, 1988
Zur Orthogonalität der Wolkow-Zustände — •Stephan Zakowicz — Institut für Theoretische Physik, Justus-Liebig-Universität Giessen, Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen
Die Wolkow-Lösungen [1,2] erfüllen die Dirac-Gleichung für ein geladenes Spin-1/2-Teilchen im Feld einer klassischen ebenen elektromagnetischen Welle. Wir nehmen an, daß die Form der elektromagnetischen
Welle durch ein stetiges und beschränktes Vektorpotential beschrieben
wird. Ähnlich wie bei der freien Dirac-Gleichung lassen sich zeitabhängige
Wellenpakete ψ(r, t) im Ortsraum aus den nicht normierbaren WolkowLösungen mit Hilfe gewisser Amplituden-Funktionen φ(p) im Impulsraum konstruieren. Wir beginnen mit einer beliebig oft differenzierbaren
Funktion φ(p), die im Unendlichen schneller abfällt als jedes Polynom,
und zeigen, daß das resultierende Wellenpaket ψ(r, t) eine stetige Funktion des Ortes r ist und ebenfalls im Unendlichen schneller als jedes Polynom abfällt. Dabei sind Skalarprodukte solcher Funktionen im Impulsund im Ortsraum gleich: hψ1 (t), ψ2(t)i = hφ1 , φ2 i (*). Mit Methoden der
Funktionalanalysis können dann für beliebige quadratintegrable Funktionen φ(p) Wellenpakete konstruiert werden, die ebenso quadratintegrabel
sind und die Eigenschaft (*) besitzen. Dies ist eine Umformulierung der
Messungen der KLL-DR mit einem stochastisch gekühlten
Xe53+ Ionenstrahl — •Carsten Brandau1 , Sebastian Böhm1,
Christophor Kozhuharov2 , Alfred Müller1 , Stefan Schippers1 , Wei Shi1 , Karl Beckert2 , Peter Beller2 , Fritz Bosch1 ,
Bernhard Franzke2 , Norbert Grün3 , Zoltan Harman3 , Jörg
Jacobi1 , Stefan Kieslich1 , Holger Knopp1 , Paul H. Mokler2 ,
Fritz Nolden2 , Werner Scheid3 , Markus Steck2 und Zbigniew
Stachura4 — 1 Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität,
D-35392 Giessen — 2Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI),
D-64291 Darmstadt — 3 Institut für Theoretische Physik, Justus-LiebigUniversität, D-35392 Giessen — 4 Instytut Fizyki Ja̧drowej, 31-342
Kraków, Poland
Dielektronische Rekombination (DR) wasserstoffartiger Xe53+ Ionen
wurde am Schwerionenspeicherring ESR der GSI untersucht. Messungen
der DR, bei denen der Elektronenkühler sowohl in seiner eigentlichen
Funktion zur Strahlkühlung und gleichzeitig auch als Target verwendet
wird, sind wohl etabliert. Allerdings können mit einer solchen Messanordnung lediglich relative Stossenergien von maximal ca. 1 keV erreicht
werden. Um in den Bereich hochenergetischer Stossprozesse wie z.B. der
14
KLL-DR schwerer wasserstoffartiger Ionen vorzudringen, –bei Xe53+ beträgt die Relativenergie ca. 21 keV–, wurde ein alternatives Messverfahren implementiert. Dabei wird der Ionenstrahl ständig durch stochastische Kühlung gekühlt, und der Elektronenkühler wird ausschliesslich als
Rekombinationstarget eingesetzt.
Application of the DIRAC package for studying the bound–
bound transitions in hydrogen–like ions — •Andrey Surzhykov,
Stephan Fritzsche, and Peter Koval — Universität Kassel, Institut für Physik, D–34132 Kassel, Germany
During recent years, the Dirac package has proved to be an efficient
tool for studying the properties and dynamical behaviour of hydrogen–
like ions. For relativistic ion–atom collisions, for instance, this package
helped us in the detailed analysis the of x–ray radiation as emitted by
high–Z projectile ions [1,2]. Here, we present an extention of the Dirac
program for calculating the properties of the bound–bound transitions
in hydrogen–like systems. In particular, the new Maple procedures support the symbolic as well as numerical computations of a whole variety
of transition properties including energy levels, decay rates, angular distributions, polarization of characteristic radiation, and others.
[1] A. Surzhykov et al, Phys. Rev. Lett. 88 (2001) 153001.
[2] A. Surzhykov et al, Phys. Rev. A 68 (2003) 022710.
Zwei-Elektronen-Photoemission von Cu(111) — •M. Hattass1 ,
T. Jalowy1 , A. Czasch1 , S. Schößler1 , T. Jahnke1 , L. Ph.
Schmidt1, M. Odenweller1 , B. Ulrich1 , O. Jagutzki1 , C. Winkler2 , J. Kirschner2 , R. Dörner1 und H. Schmidt-Böcking1 —
1
Institut für Kernphysik der J.W.Goethe Universität, August-EulerStr. 6, 60486 Frankfurt am Main — 2 Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, 06120 Halle/Saale
Mit Hilfe einer neuartigen Spektrometer-Entwicklung für die Elektronenemission von Oberflächen konnte die Zwei-Elektronen-Photoemission
von Cu(111) im Energiebereich von h̄ω = 40 − 100 eV mit hoher Koinzidenzausbeute winkel- und energieaufgelöst vermessen werden. Für Elektronenpaare, die nahe der Fermi-Kante emittiert wurde läßt sich deutlich
der Einfluß der Polarisation des Photons auf die Emissionscharakteristik
erkennen. Diese Charakteristik geht für die Emission aus tiefer gebundenen Zuständen verloren, da hier nicht mehr eindeutig zwischen inelastischer Streuung und direkter Emission unterschieden werden kann. Die
Winkelverteilung zeigt für die direkt emittierten Paare dabei eine starke
Abängigkeit der Emissionsrichtung eines Elektrons von der des jeweils
anderen. Dies kann im Rahmen einer elastischen Streuung der Elektronen unter der Oberfläche als auch der internen Coulomb-Korrelation des
Paares interpretiert werden.
Projectile ionization in ultra–relativistic heavy ion collisions —
•Andrey Surzhykov and Stephan Fritzsche — Universität Kassel,
Institut für Physik, D-34132 Kassel, Germany
Relativistic collisions of highly–charged ions with various atomic targets have been studied intensively during the last decade, both by experiment and theory. One of the dominant processes, which leads to the loss
of ions from the beam, is the projectile ionization by the Coulomb field of
target atoms. Therefore, a series of measurements have been performed
in recent years to explore the total as well as differential cross sections of
this process. However, while the behaviour of the total ionization cross
sections is now well understood theoretically [1] even for ulra–relativistic
energies, a quite remarkable discrepancy between experiment and theory
was reported for the energy–differential cross sections [2].
In this contribution, we present and discuss the projectile ionization
within the framework of the semi–classical approximation (SCA), based
on Dirac’s equation. Calculations have been performed, in particular,
for the single– and double–differential cross sections of the electron loss
from the hydrogen–like lead ions Pb81+ in ultra–relativistic collisions with
neutral atomic targets. The results are compared with the previous theoretical computations [2,3] as well as with available experimental data.
[1] A. Voitkiv, N. Grün and W. Scheid, Phys. Rev. A 61 (2000) 052704.
[2] A. Voitkiv and N. Grün, J. Phys. B 34 (2001) 267.
[3] K. Momberger et al, J. Phys. B 22 (1989) 3269.
Coulomb-Fragmentation von N2 O in Stößen mit schnellen
hochgeladenen Xe-Ionen — •B. Siegmann1 , U. Werner1 und R.
Mann2 — 1Fakultät für Physik, Universität Bielefeld, 33615 Bielefeld
— 2 Gesellschaft für Schwerionenforschung (GSI), 64291 Darmstadt
Es wurde die Mehrfachionisation und Fragmentation von N2 O in
Stößen mit 5.9MeV/u Xe18+ und Xe43+ -Ionen untersucht. Hierzu wurde
ein orts- und zeitauflösender Multihit-Detektor verwendet. Werden alle
aus einer Dissoziation stammenden Fragmentionen koinzident nachgewiesen, so können aus den gemessenen Flugzeiten und Auftrefforten auf dem
Detektor die vektoriellen Impulse der Fragmente bestimmt werden. Die
Fragmentationsdynamik kann so im Rahmen der freiwerdenden kinetischen Energie und verschiedener Winkelkorrelationen analysiert werden.
Die gemessenen Energiespektren vollständig nachgewiesener 2-Teilchen(z.B. N+ + NO+ ) und 3-Teilchen-Ereignisse (z.B. N+ + N+ + O+ ) können
nicht im Rahmen des Coulomb-Explosions (CE) Modells erklärt werden.
Für die gemessenen Winkelkorrelationen liefert das CE-Modell deutlich
bessere Vorhersagen.
Indirekte Prozesse bei der Einfachionisation von Ti3+ -Ionen
durch Elektronenstoß — •Tim van Zoest1 , Holger Knopp1 , Jörg
Jacobi1 , Stefan Schippers1 , Alfred Müller1 und Ron Phaneuf2 — 1 Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität Gießen —
2
Department of Physics, University of Nevada, Reno, USA
An einer Apparatur mit gekreuzten Elektronen- und Ionenstrahlen
wurden Wirkungsquerschnitte zur Elektronenstoßionisation der Einfachionisation von Ti3+ durch Elektronenstoß im Bereich von 40 eV bis
1000 eV gemessen. Der Wirkungsquerschnitt zeigt einen sehr steilen
Anstieg im Schwellenbereich, der durch indirekte Prozesse verursacht
wird. Der überwiegende Prozess ist die Anregung-Autoionisation (EA),
bei der das Ion erst in einen angeregten autoionisierten Zwischenzustand
versetzt wird und sich danach durch Emission eines Elektrons abregt.
Dieser Reaktionskanal übertrifft bei diesem System die direkte Ionisation etwa um den Faktor 20. Damit ist der relative Beitrag indirekter
Prozesse zum totalen Wirkungsquerschnitt der Elektronenstoßionisation
von Ti3+ noch höher als bei dem isoelektronischen Sc2+ -Ion [1].
Use of Racah’s algebra in atomic and molecular physics — •S.
Fritzsche1 , B. Fricke1 , G. Gaigalas2 , A. Surzhykov1 , and M.
Tomaselli3 — 1 Universität Kassel, Institut für Physik, D–34132 Kassel,
Germany — 2 Institute of Theoretical Physics and Astronomy, Vilnius,
Lithuania — 3 Universität Darmstadt, D–64289 Darmstadt
During recent years, much attention in developing general–purpose,
computer–algebra systems was focused not only on symbolic algorithms
but, to a rather similar extent, also on fast numerical computations and
improved tools for visualization. Behind this development, of course, the
central idea is to provide the user with a single environment for the solution of scientific or engineering tasks. — In a revised version of the
Racah program [1], here we follow this idea and now facilitate (within
the framework of Maple) a much extended access to a large set of standard quantities and functions from the theory of angular momentum and
spherical tensor operators [2].
Applications of Racah are expected in a wide range of research areas, including atomic and molecular structure, quantum optics, collision
theory or even solid–state physics. Apart from the Clebsch–Gordan coefficients and Wigner n − j symbols, we support the Wigner rotation
matrices and D−functions, various (tensorial) types of the spherical harmonics as well as the coefficients of fractional parentage and the reduced
matrix elements from the atomic or nuclear shell model.
[1] S. Fritzsche et al., Comput. Phys. Commun., 139, 314 (2001).
[2] S. Fritzsche et al., Comput. Phys. Commun. 153, 424 (2003).
[1] Jacobi et al., Nucl. Instr. Methods B205 (2003) 410.
Mehrfachionisation von Wismut-Ionen durch Elektronenstoß —
•Frank Scheuermann, Kurt Huber, Karl Kramer und Erhard
Salzborn — Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität Giessen, 35392 Giessen
Absolute Wirkungsquerschnitte σq,q+n für die Mehrfachionisation von
Biq+ -Ionen durch Elektronenstoß wurden im Gießener crossed-beams Experiment erstmalig gemessen. Dabei wurde die Reaktion e− + Biq+ →
Bi(q+n)+ + (n + 1)e− für q = 1 − 10 und n = 2 − 7 untersucht; für
die höheren Ionisationsgrade jedoch nicht mehr über alle angegebenen
15
Ladungszustände q. Die Wirkungsquerschnitte werden mit zwei semiempirischen Formeln verglichen. Während bei der Doppelionisation noch
eine gute bis akzeptable Übereinstimmung gefunden werden konnte, sind
bei der Vierfachionisation Abweichungen von bis zu zwei Größenordnungen für die Formel von Fisher et al.[1] zu finden. Die Vorhersage der
semiempirische Formel von Bélenger et al.[2] stimmt auch bei höheren
Ionisationsgraden meist noch innerhalb ihres Fehlerfaktors mit den gemessenen Werten überein.
[1] V. Fisher, Y. Ralchenko, A. Goldgirsh, D. Fisher, Y. Maron, J. Phys.
B28, 3027 (1995)
[2] C. Bélenger, P. Defrance, E. Salzborn, V.P. Shevelko, H. Tawara, D.B.
Uskov, J. Phys. B30, 2667 (1997)
vernachlässigt werden, sehr gut mit dem Experiment (Dorn et al 2001
Phys. Rev. Lett. 86 3755-58) überein.
Es wird ferner untersucht, ab welcher Energie der Sekundärelektronen
die Auswirkung des dynamic screening verschwindet.
Berechnung zustandsselektiver Einfang-Wirkungsquerschnitte
für p-Ar Stöße — •Tom Kirchner1 , Marko Horbatsch2 , Matthias Keim3 und Hans Jürgen Lüdde3 — 1 Institut für Theoretische
Physik, TU Clausthal, Leibnizstraße 10, 38678 Clausthal-Zellerfeld —
2
Department of Physics and Astronomy, York University, Toronto, Ontario, Canada M3J 1P3 — 3 Institut für Theoretische Physik, Johann
Wolfgang Goethe-Universität, Robert-Mayer-Straße 8, 60054 Frankfurt
Das Stoßsystem p-Ar wird im Rahmen eines unabhängigen Teilchenmodells basierend auf den Konzepten der zeitabhängigen Dichtefunktionaltheorie untersucht. In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf
schalen- und zustandsselektiven Einfang nach H(K, L, M ) und vergleichen unsere Ergebnisse mit Experimenten und einer kürzlich publizierten
Rechnung, die auf einer Modellpotential-Beschreibung des Argonatoms
und einer Zweizentren-Entwicklung der aktiven Orbitale beruht. Im Gegensatz zu dieser Rechnung ist die von uns verwendete Basis Generator
Methode in der Lage, die Konkurrenz zwischen Einfang und Ionisation,
sowie die quasimolekulare Dynamik in langsamen Stößen zu beschreiben.
In der Tat finden wir eine wesentlich bessere Übereinstimmung mit den
experimentellen Daten.
Dielektronische Rekombination lithiumähnlicher B2+ Ionen —
•Sebastian Böhm1 , Alfred Müller1 , Wei Shi1 , Ronald Phaneuf2 , Mike Fogle3 , Stojan Madzunkov3 und Håkan Danared4 — 1Institut für Kernphysik, Justus-Liebig-Universität, Gießen —
2
Department of Physics, University of Nevada, Reno — 3 Stockholm University, SCFAB, Fysikum, Stockholm — 4 Manne Siegbahn Laboratory,
Stockholm
Im Rahmen systematischer Untersuchungen der dielektronischen Rekombination (DR) lithiumähnlicher Ionen wurde die DR von B2+ am
Schwerionenspeicherring CRYRING untersucht. Die mit der 2s → 2p Anregung assoziierten 1s2 2p nl Resonanzen wurden bis zur Seriengrenze bei
6 eV gemessen. Außerdem wurde die zur K-Schalen-Anregung gehörende
1s2s2 2p-Resonanz bei ≈ 172 eV spektroskopiert. Letztere eignet sich
für einen Vergleich mit experimentellen Ergebnissen zur Photoionisation
(PI) einfach geladener B+ Ionen, die an der Advanced Light Source in
Berkeley von Müller et al. erzielt wurden [1]. Bei der PI von B+ wird die
1s2s2 2p-Resonanz als Zwischenzustand angeregt, der über Autoionisation in den B2+ (1s2 2s) Grundzustand zerfällt. Der Wirkungsquerschnitt
von PI und DR sind über das Prinzip des detaillierten Gleichgewichts
verknüpft [2], das hier für einen wechselseitigen Konsistenzcheck von PIund DR-Messungen herangezogen werden kann.
[1] A. Müller et al., unveröffentlicht.
[2] S. Schippers et al., Phys. Rev. Lett. 89, 193002 (2002).
Umladung und Ionisation in Stößen zwischen mehrfach geladenen Edelgasionen — •A. Diehl1 , H. Bräuning1 , R. Traßl1 ,
A. Theiß1 , H. Kern1 , E. Salzborn1 und L.P. Presnyakov2 —
1
Institut für Kernphysik, Strahlenzentrum, Leihgesterner Weg 217, 35392
Gießen — 2 Lebedev Physical Institute, Leninsky Prospect 53, 117924
Moscow, Russia
Mit Hilfe eines Experiments mit gekreuzten Ionenstrahlen untersuchten wir die Reaktionen zwischen zwei identischen, mehrfach geladenen
Edelgasionen X = Ar, Kr und Xe. Wir haben die totalen Wirkungsquerschnitte für Ladungstransfer, X 2+ + X 2+ −→ X + + X 3+ , und Ionisation,
X 2+ + X 2+ −→ X 2+ + X 3+ + e− , für Schwerpunktsenergien von 10 bis 90
keV gemessen. Die Querschnitte steigen deutlich mit der Kollisionsenergie
an und liegen im Bereich von 10−16 cm2 . Ein Vergleich mit bereits vorhandenen Daten für X q+ +X q+ , q=3, 4 wird hergestellt. Von besonderem
Interesse sind unsere Daten bei der Abschätzung von Teilchenverlusten
in Speicherringen durch ”intra–beam”– Stöße.
Bildung und Zerfall hohler Ionen bei der Dreifachionisation
von B+ durch Elektronenstoß — •Jörg Jacobi, Holger Knopp,
Stefan Schippers und Alfred Müller — Institut für Kernphysik,
Justus-Liebig-Universität, Gießen
Bei der Dreifachionisation von B+ sind zwei unterschiedliche Reaktionskanäle möglich. Der erste ist die direkte Ionisation der 3 äußersten
Elektronen. Der zweite Prozess läuft über die Bildung eines hohlen Ions
durch die gleichzeitige Entfernung von zwei K-Schalen-Elektronen ab.
Dieses hohle Ion zerfällt im folgenden durch Auger-Emission eines weiteren Elektrons, so dass ein B4+ -Ion entsteht. Die Wirkungsquerschnitte sind aufgrund der Wechselwirkung von nur 3 Elektronen bei der indirekten Ionisation größer als bei der direkten, wo 4 Elektronen miteinander wechselwirken müssen, und steigen bis zu einem Wert von
7 × 10−22 cm2 an. Der Vergleich mit dem Wirkungsquerschnitt für KSchalen-Doppelionisation von B3+ , der die gleiche Energieabhängigkeit
aufweist, zeigt, dass die Bildung eines hohlen Borions tatsächlich stattfindet. Die Untersuchung der Elektronenstoßionisation von B+ wurde
an einer Apparatur mit gekreuzten Ionen- und Elektronstrahlen durchgeführt. Die Wirkungsquerschnitte der Dreifachionisation von B+ wurden in einem Energiebereich zwischen 400 eV und 1000 eV gemessen.
Die Einsatzschwelle für die Bildung von hohlen Ionen wurde im Bereich
von 507 eV beobachtet. Dies ist auch die Schwelle für die K-SchalenDoppelionisation.
K-shell photoionization of multiply charged boron and carbon ions — •A. Müller1 , S. Schippers1 , R. A. Phaneuf2 , A.
Aguilar2,3 , S. Scully2 , E. Emmons2, M. Gharaibeh2,3 , A. S.
Schlachter3 , J. D. Bozek3 , C. Cisneros4 , and B. M. McLaughlin5 — 1Justus-Liebig-Univ., Giessen — 2 Univ. of Nevada, Reno, USA —
3
Advanced Light Source - ALS, Berkeley, USA — 4 UNAM, Cuernavaca,
Mexico — 5 Queen’s Univ., Belfast, UK
K-shell photoexcitation of B1+ , B2+ , and C3+ ions has been studied in
a photon-ion merged-beams experiment at the ALS. Absolute cross sections and resonance strengths for photoionization were measured. Lifetimes of the most strongly contributing intermediate highly excited states
could be determined from the natural widths of resonances by exploiting
the available experimental energy resolution of up to E/∆E=20 000 in
the present range of interest. The results compare well with R-matrix
calculations and with experimental data obtained for the time-reversed
processes of photorecombination of ions, such as e+B3+ → B2+ + hν. The
present work improves the accuracy of known level energies by about one
order of magnitude. On the basis of detailed balance it shows the consistency of experimental data obtained by completely different techniques
at a synchrotron light source and at heavy-ion storage rings.
Dynamic Screening der 3C-Wellenfunktion bei (e,3e) an Helium
— •Jens Robin Götz1, Michael Walter2 und John Briggs1 —
1
Physikalisches Institut der Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str.
3, D - 79104 Freiburg — 2 University of Jyväskylä, PL 35 (YFL), Finland
Durch die Verwendung von dynamic screening bei einer 3CWellenfunktion für die Beschreibung des Endzustands von (e,3e) an
Helium werden Drei-Teilchen-Effekte berücksichtigt, die besonders im
Bereich der Ionisationsschwelle nicht vernachlässigt werden können.
Die so erhaltenen theoretischen Vorhersagen stimmen im Rahmen der
ersten Bornschen Näherung, bei der die Wechselwirkungen zwischen
dem ursprünglichen Projektil im Endkanal mit dem restlichen System
Doppel hoch angeregte Zustände von Helium: Winkelaufgelöste
partielle Wirkungsquerschnitte — •A. Czasch1 , M. Schöffler1,
S. Schössler1 , T. Jahnke1 , M. Hattass1 , Th. Weber1 , M. Weckenbrock1 , J. Titze1 , C. Wimmer1 , A. Staudte1 , S. Kammer1 ,
S. Voss1 , R. Grisenti1 , R. Dörner1 , H. Schmidt-Böcking1, J.M.
Rost2 , C. Liu2 und T. Schneider2 — 1 Institut für Kernphysik der
J.W.Goethe Universität, August-Euler-Str. 6, 60486 Frankfurt am Main
— 2 Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme, 01187 Dresden
16
Die Einfachphotoionisation von Helium dicht unterhalb der Doppelionisationsschwelle ist von besonderem Interesse, da in diesem Bereich
Signaturen von Quantenchaos (Ericson-Fluktuationen) erwartet werden.
Durch Absorbtion eines Photons kann Helium in einen doppelt angeregten Zustand versetzt werden, der u.a. durch Elektronenemission zerfallen kann. Wir haben die COLTRIMS-Technik modifiziert und erfolgreich auf die Spektroskopie dieser niederenergetischen Elektronen angewendet. Dabei wurden die kinetischen Energien und Emissionsrichtungen
mit einer Raumwinkelakzeptanz von 4π gemessen. Anhand der kinetischen Energie kann auf die Hauptquantenzahl des zurückbleibenden
He+ (n)-Zustandes rückgeschlossen werden. Dadurch ist die Messung partieller Wirkungsquerschnitte möglich. Die Messungen wurden am Berliner Synchrotron BESSY II durchgeführt. Sie decken einen Bereich der
Photonenergie von 78.15 eV bis 78.88 eV - d.h. bis dicht unterhalb der
Doppelionisationsschwelle bei 79.0 eV - ab. Dabei konnten die partiellen
Wirkungsquerschnitte bis n=15 und Winkelverteilungen bis n=11 mit
hoher Genauigkeit gemessen werden.
bly excited and direct-ionization channels that lead to neutral atoms (H
or D) in ground or excited states. Coincident measurements of the momenta of the heavy particles and the electron allow resolution of these
states. A large isotope effect is observed in the energy correlation between
the fragment kinetic energy release and the electron energy when exciting the dominent Q1 autoionizing channel near 30 eV photon energy. At
36 eV photon energy, the electron angular distributions in the molecular frame, for chosen alignments of the molecular axis with respect to
the light polarization axis, vary substantially for the different ionization
pathways (direct or autionizing) leading to the H or D(n=1) final state.
Messungen der Isotopieverschiebung von 7,8,9Li mittels Zwei
– Photonen – Spektroskopie — •Guido Ewald1 , Bruce Bushaw2 , Andreas Dax3 , Agnieszka Gluzicka4 , Reinhard Kirchner1 , Wilfried Nörtershäuser5 , Rodolfo Sanchez1 , Gordan
W. F. Drake6 , H.-Jürgen Kluge1 , Thomas Kühl1 und Claus
Zimmermann5 — 1 GSI Darmstadt — 2 PNNL, Richland, USA — 3 PSI,
Villingen, Switzerland — 4 Department of Physics, Warsaw University,
Poland — 5 Physikalisches Institut, Universität Tübingen — 6 University
Windsor, Kanada
Der Ladungsradius der radioaktiven Lithiumisotope 8,9Li wurde
über die Messung der Isotopieverschiebung im 22 S1/2 → 32 S1/2 Zwei–
Photonen–Übergang bestimmt. Voraussetzung dafür war die Berechnung
des Masseneffektes mit einer Genauigkeit von 5 × 10−6 [1]. Die Differenz
des berechneten Wertes und dem Resultat der Messung entspricht dem
Feldeffekt, der proportional zum Ladungsradius ist. Um die notwendige
Genauigkeit von 200 kHz zu erreichen, wurde die Frequenz des 22 S1/2 →
32 S1/2 der verschiedenen Isopope relativ zu einer Jodreferenz gemessen.
Die aufgrund der kleinen Produktionsraten erforderliche Effizienz von ca.
10−4 wurde durch zweifach-resonante Vier–Photonen– Laserionisation
mit nachfolgendem massenspektrometrischem Nachweis erreicht.
Dabei musste ein optischer Resonator eingesetzt werden, um eine
effiziente Anregung des Zweiphotonenüberganges zu gewährleisten. Die
Messungen fanden am Online Massenseparator der GSI in Darmstadt
statt.
[1] Yan and Drake, Phys. Rev. A 61 022504 (2000), Phys. Rev. A 66
042504 (2002)
Vollständig differentielle Wirkungsquerschnitte der Photodoppelionisation von Helium 100 eV und 450 eV über der Doppelionisationsschwelle — •Alexandra Knapp1 , A. Kheifets2 , I.
Bray3 , Th. Weber1 , A.L. Landers4 , S. Schössler1 , T. Jahnke1 ,
J. Nickles1 , S. Kammer1 , O. Jagutzki1 , L.Ph.H. Schmidt1, T.
Osipov5 , J. Rösch1,6 , M.H. Prior6 , H. Schmidt-Böcking1, L. Cocke5 und R. Dörner1 — 1 Institut für Kernphysik, Universität Frankfurt, Germany — 2 Research School of Physical Sciences and Engineering,
Australian National University Canberra, Australia — 3 Centre for Atomic, Molecular and Surface Physics, Murdoch University, Australia —
4
Dept. of Physics, Western Michigan Univ., Kalamazoo, USA — 5 Dept.
of Physics, Kansas State Univ., Cardwell Hall, USA — 6 Lawrence Berkeley National Lab., Berkeley, USA
Wir haben vollständig differentielle Wirkungsquerschnitte (FDCS) für
die Photodoppelionisation von Helium bei einer Energie von 100 eV
und 450 eV über der Doppelionisationsschwelle mit der COLTRIMSTechnik gemessen. Das Poster geht sowohl auf die Gemeinsamkeiten als
auch auf die Unterschiede zwischen den FDCS für verschiedenen Energieaufteilungen auf die beiden Elektronen bei den zwei verschiedenen
Überschussenergien ein. Auch wird unter anderem der Verlauf des Zirkularen Dichroismus für die beiden Überschussenergien und die gerade und
ungerade Amplitude und deren relative Phase zueinander präsentiert.
Optische Spektroskopie an Fermium (Z = 100) — •A. Dretzke1 , R. Horn1 , H. Backe1 , K. Eberhardt2 , S. Fritzsche3 , R.G.
Haire4 , T. Kolb1 , W. Lauth1 , M. Sewtz1 , P. Thörle2 und
N. Trautmann2 — 1 Institut für Kernphysik, Universität Mainz —
2
Institut für Kernchemie, Universität Mainz — 3 Fachbereich Physik,
Universität Kassel — 4 Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, USA
Zur optischen Spektroskopie an Fermium (Z=100) wurden 1,9 ng
255
Fm mit einer Halbwertszeit von 20,1 h im Hochflussreaktor HFIR
am ORNL, Oak Ridge, erbrütet. Durch Widerstandsheizen bei 1000 ◦ C
wurde Fermium in das umgebende Puffergas atomar freigesetzt, mit einer Excimer-Farbstofflaser Kombination resonant ionisiert, die Ionen mit
elektrischen Feldern auf eine Düse fokussiert und mit dem Puffergas ausgespült. Hinter einer differentiellen Pumpstrecke wurden die Ionen massenselektiv nachgewiesen. Mit einem schmalbandigen Laser der spektralen Halbwertsbreite ∆ν=1,2 GHz wurden zunächst die in einem früheren
Experiment bei den Wellenzahlen (25099,8±0,2) und (25111,8±0,2) cm−1
gefundenen atomaren Resonanzen [1] mit verbesserter Auflösung vermessen. Ausgehend von der Klassifizierung der angeregten Niveaus als
5f12 7s7p 5 Io6 und 5 Go6 Terme und der bekannten Grundzustandskonfiguration 5f12 7s2 3 He6 wurden die Hyperfeinkonstanten dieser Übergänge untersucht. Mit breitbandigen Lasern wurde nach drei erwarteten optischen
Übergängen um 27500 cm−1 mit großen Einstein-Koeffizienten von ca.
3·108 /s gesucht und in einem Wellenzahlenbereich von 27100 bis 28400
cm−1 fünf weitere Linien gefunden. Gefördert durch BMBF (06MZ169I).
[1] M. Sewtz et al., Phys. Rev. Lett. 90, 163002 (2003).
Charge state distributions after K-shell photoionization of K
and Ar atoms — •Ralf Schriel1,2 , K. Cole1,2 , M. Hertlein1 , A.
Belkacem1 , B. Feinberg1 , J. Maddi1 , M. Prior1 , and R. Dörner2
— 1 Lawrence Berekeley Labratory, Berkeley, CA 94720 USA — 2 Institut
für Kernphysik der Johann Wolfgang Goethe-Universtät, Frankfurt am
Main
We have investigated K-shell photoionization of Ar and K at the Advanced Light Source to unravel the effect of the 4s electron of K on the
relaxation of the K-shell hole. We measured the charge state distribution
as a function of photon energy as it is varied across the respective K-edges
of both atoms. Both Ar and K exhibit a very similar mean charge state
after the interaction with the photons, with 4+ being the most probable charge state. However our first analysis shows a markedly different
envelope of the charge state distribution. We will present the ratio of
probabilities Arq+ /Kq+ for each charge state q as a function of the x-ray
energy normalized to the K-edge energy of each atom.
Fragment Distributions From the Photo-ionization and Dissociation of Aligned H2 and D2 Molecules — •Lutz Foucar1,2 ,
M. H. Prior1 , M. Schöffler2 , L. Ph. H. Schmidt2, R. Dörner2 ,
H. Schmidt-Böcking2, A. Landers3 , T. Osipov3 , E. P. Benis3 ,
and C. L. Cocke3 — 1 Lawrence Berkeley Nat. Lab, California, USA
— 2 Institut für Kernphysik der J. W. Goethe-Universität Frankfurt am
Main — 3 Kansas State University, USA
The angular distributions of photoelectrons in the molecular frame
have been measured for processes leading to the single ionization and
dissociation of H2 and D2 molecules. Linearly polarized photons ranging
in energy from 27 to 60 eV were used at Beamline 9.3.2 of the LBNL
Advanced Light Source in conjunction with the ion-electron coincident
momentum spectroscopic technique (COLTRIMS) . Energy correlation
spectra, between the heavy fragments and the photoelectron, reveal dou-
Photoionisation der B+ -Valenzschale: Experiment und Theorie
— •S. Schippers1 , A. Müller1 , B. M. McLaughlin2 , A. Aguilar3 ,
C. Cisneros4 , E. D. Emmons3 , M. F. Gharaibeh3 und R. A. Phaneuf3 — 1 Justus-Liebig-Universität, 35392 Gießen — 2 Queen’s University, Belfast BT7 1NN, UK — 3University of Nevada, Reno, Nevada 89557,
USA — 4 UNAM, Cuernavaca 62131, Mexcio
An der Photon-Ion Apparatur [1] der Advanced Light Source in Berkeley wurden absolute Wirkungsquerschnitte für die Photoionisation (PI)
17
der L-Schale berylliumähnlicher B+ -Ionen im Photonenenergiebereich
22.4–31.3 eV gemessen [2]. Die experimentelle Energieunschärfe betrug
25 meV. Detaillierte Rechnungen im Rahmen der semi-relativistischen
Breit-Pauli R-Matrix-Theorie legen nahe, dass der Ionenstrahl im Experiment einen 29%-igen Anteil metastabiler B+ (1s2 2s 2p 3 P )-Ionen beinhaltete. Unter dieser Annahme sind Experiment und Theorie in sehr guter
Übereinstimmung. Der Wirkungsquerschnitt für PI von B+ (1s2 2s2 1 S)Grundzustandsionen kann mit Hilfe einer aus der Quantendefekttheorie
hergeleiteten analytischen Formel parameterisisert werden.
[1] A. Covington et al., Phys. Rev. A 66, 062710 (2002)
[2] S. Schippers et al., J. Phys. B 36, 3371 (2003)
We use argon and potassium atoms as targets to study the interaction
with hard x-rays. Since potassium features only an additional valence
electron ([Ar]4s1 electron configuration) with respect to argon, the ionization dynamics of these two systems are comparable. We monitor the
modifications of the electron configurations in both atomic species by
measurements of ion yields of different charge states, following Auger
decay after k-shell excitation. In our setup, the atoms are excited with
0.5 to 0.7eV bandwidth x-rays in the energy range of 3.1 to 3.7keV. Our
apparatus consists of a time-of-flight spectrometer with pulsed-field ion
extraction that allows measurements with a high signal-to-noise ratio,
using ALS multibunch mode. For argon, our data gives clear evidence
that recapturing of low-energy photoelectrons following Auger decay takes place. In contrast, our potassium data gives rise to a completely
different behavior, which is caused by correlation effects between the
4s valence electron and the ejected photoelectron. The averaged charge
states for argon and potassium are very similar far above the K-edge but
differ significantly close to the K-edge region.
Correlation effects of the 4s electron and the photoelectron in
potassium after inner shell excitation — •Kyra Cole1,2 , M.
Hertlein1 , A. Belkacem1 , B. Feinberg1 , J. Maddi1,3 , M. Prior1 ,
H. Adaniya1,4 und R. Dörner2 — 1 Lawrence Berekeley Labratory ,
Berkeley, CA 94720 USA — 2 Institut für Kernphysik Johann Wolfgang
Goethe Universtät , Frankfurt am Main — 3 University of California,
Berkeley — 4 University of California, Davis
A 10 Atomspektroskopie I
Raum: HS 133
A 10.1 Di 14:30 HS 133
Bestimmung von Spinzuständen einzelner Ionen durch
phasensensitive Messung der Speicherbewegungen in einer
Penningfalle — •Stefan Stahl1 , Joseba Alonso1,2 , Slobodan
Djekic1 , Fernando Galve1,2 , Wolfgang Quint2 , Tristán
Valenzuela1 , José Verdú1 , Manuel Vogel1 und Günther
Werth1 — 1 Johannes-Gutenberg Universität Mainz, Staudingerweg 7,
55099 Mainz — 2 GSI Darmstadt, Plankstrasse 1, 64291 Darmstadt
Wir präsentieren erstmals eine Methode zur Bestimmung elektronischer Spinzustände an gespeicherten Ionen in einer Penningfalle durch
phasensensitive Messung der Ionenbewegung. Hintergrund ist die hochpräzise Bestimmung des magnetischen Moments des gebundenen Elektrons an einem einzelnen wasserstoffartigen Ion mit Hilfe des kontinuierlichen Stern-Gerlach-Effekts. Hierbei wird u.a. die Änderung des Spinzustandes des gebundenen Elektrons im Ion durch die Differenz der Bewegungsfrequenzen des Ions in der Falle unter Anwesenheit einer Magnetfeldinhomogenität ermittelt. Typische Frequenzdifferenzen zwischen den
Spinzuständen liegen bereits für leichte wasserstoffartige Ionen wie 12 C5+
oder 16 O7+ im Sub-Hertz-Bereich bei Bewegungsfrequenzen im MHzBereich. Ihre Auflösung ist daher eine experimentelle Herausforderung,
der nun mit der vorgestellten Methode entgegnet werden kann. Die erreichbaren Sensitivitäten liegen zumindest eine Größenordnung über den
bislang erreichten und erlauben daher eine künftige Anwendung auch auf
schwerere Ionen wie z.B. 40 Ca19+ oder 238 U91+ .
behaviour.
[1] F. Pereira Dos Santos et al, Phys. Rev. Lett. 89, 233004 (2002)
A 10.3 Di 15:00 HS 133
Messung des magnetischen Moments des gebundenen Elektrons in 16 O7+ durch Modenkopplung in einer Penningfalle —
•Tristán Valenzuela1 , Joseba Alonso1,2 , Slobodan Djekic1 ,
Fernando Galve1,2 , Wolfgang Quint2 , Stefan Stahl1 , José
Verdú1 , Manuel Vogel1 und Günther Werth1 — 1 Institut für
Physik, Johannes-Gutenberg-Universität, 55099 Mainz — 2 GSI, Plankstraße 1, 64291 Darmstadt
Das magnetische Moment des gebundenen Elektrons in wasserstoffartigem Sauerstoff 16 O7+ wurde bereits zuvor mit Hilfe des kontinuierlichen Stern-Gerlach-Effekts mit einer Genauigkeit von etwa 10−9 zu
g=2.000 047 025 4 (15)(44) gemessen [1]. Mit Hilfe der aktiven Kopplung
von Bewegungsmoden eines einzelnen 16 O7+ -Ions in einer Penningfalle ist
es möglich, eine analoge Messung bei deutlich geringeren Anregungsenergien der Ionenbewegung und damit auch bei deutlich geringeren systematischen Unsicherheiten der Fallenparameter durchzuführen. Der resultierende Wert von g=2.000 047 021 1 (23)(44) ist mit dem zuvor unabhängig
gemessenen Wert verträglich und trotz deutlich geringerer Statistik von
vergleichbarer Genauigkeit Die vorgestellte Methode reduziert verschiedene systematische Korrekturen erheblich und erlaubt potentiell eine Verringerung der bisherigen Unsicherheiten um etwa eine Größenordnung.
[1] J.L. Verdu et al., zur Veröffentlichung eingereicht
A 10.2 Di 14:45 HS 133
Recent Improvements of Cs Fountain Clocks at BNM-SYRTE
— •Peter Rosenbusch1 , Sebastian Bize1 , Luigi Cacciapuoti1 ,
Harold Marion1 , Franck Pereira dos Santos1 , Giorgio
Santarelli1 , Celine Vian1 , Shougang Zhang1 , Andre Clairon1 , Servaas Kokkelmans2 , and Christophe Salomon2 —
1
BNM-SYRTE, Observatoire de Paris, 61 Av. de l’Observatoire,
75014 Paris, France — 2 Laboratoire Kastler Brossel, Ecole Normale
Superieure, 24 rue Lhomond, 75231 Paris, France
To date atomic fountain clocks using laser cooled Cs atoms prove to
be the most accurate frequency standards. Among the three set-ups at
BNM-SYRTE, FO1 has recently undergone substantial changes. The cold
atom preparation has been entirely rebuilt. An optical molasses is directly loaded from a slowed atomic beam making a magneto-optical trap
redundant. Furthermore, the lower density of the cold atom cloud reduces
inter-atomic collisions. We load typically 108 atoms at a temperature of
1 µK. By (111)-moving molasses the atoms are launched with ∼ 4 m/s
into the selection and interaction region. Selection of the F = 3 mF = 0
state can be carried out by adiabatic passage allowing the preparation of
100% or 50% of the atoms. This allows quantifying the collisional shift
to a precision of 10−16 [1]. Preparation of some additional atoms in other
mF levels can lead to a strong dependence of the collisional shift on the
magnetic field even if the latter is only of the order of 1 mG. We present
measurements taken on FO2 demonstrating this Feshbach-resonance like
A 10.4 Di 15:15 HS 133
Measurement of light shift ratios with a single trapped 138 Ba
ion, and prospects for a parity violation experiment — •Timo
Koerber — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck
This thesis describes a new scheme for observing RF transitions between spin states in a single, trapped Ba+ ion. We prepare the ion in a
selected magnetic sublevel of either the 6S1/2 ground state or the 5D3/2
metastable state. The ion is exposed to an RF field, and a spin-sensitive
version of the electron shelving method detects the resulting spin state
[1]. This scheme is applied to a precision measurement of light shifts in
Ba+ : Zeeman energies are altered by a circularly polarized, off-resonant
laser, and the resulting resonance shifts are measured simultaneously in
both the 6S1/2 and 5D3/2 state. With such a measurement we determine
the ratio of P-D to S-P matrix elements with a precision of < 0.5%. A
similar technique could be employed to measure parity violation with a
single ion [2]. The observable in such an measurement is a spin-dependent
light shift, induced by a parity-violating E1 transition between the S and
D states in Ba+ . The experiment and its systematic problems are analyzed in this thesis. We also propose an alternative scheme using odd
isotopes and the E2-forbidden F = 0 ↔ F = 1 transition, along with an
initial investigation of its systematic effects.
[1] T. W. Koerber et. al., PRL 88, 143002 (2003)
[2] N. Fortson, PRL 70, 2383 (1993)
18
mit einer Lebensdauer von etwa 104 s in den Grundzustand zerfällt.
Dieses außergewöhnliche System eröffnet die Möglichkeit einer optischen
nuklearen Spektroskopie. Doppelresonanz-Laserspektroskopie mit gespeicherten und gekühlten Th3+ Ionen könnte zur Realisierung einer optischen Atom-Uhr höchster Genauigkeit dienen [1]. Die größte experimentelle Herausforderung liegt zur Zeit im direkten Nachweis des optischen
Kernübergangs und einer präzisen Bestimmung seiner Wellenlänge. Wir
diskutieren verschiedene Ansätze, mit denen dieses Ziel erreicht werden
könnte und stellen Ergebnisse von Fluoreszenzuntersuchungen an ThLösungen vor.
[1] E. Peik, Chr. Tamm, Europhys. Lett. 61, 181 (2003).
Gefördert von der DFG im SFB 407.
A 10.5 Di 15:30 HS 133
Charge radii of exotic nuclei: nuclear results versus isotopic
shift calculation — •Marco Tomaselli1 , Lon-chang Liu2 ,
Thomas Kuehl1 , Stephan Fritzsche3 , and Daniel Ursescu1
— 1 GSI Planckstr. 1 - D 64291 Darmstadt, Germany — 2 LANL Los
Alamos - NM 87545, USA — 3Kassel University - D 34132 Kassel,
Germany
We study the charge radii of exotic nuclei through nuclear calculations and isotopic-shift evaluations. The former ones are performed in
the framework of the DCM and the BDCM [1] for nuclei with odd
and even numbers of valence particles, respectively. These nuclear models take fully into consideration the correlation between valence particles
as well as between valence and core particles. We will present the results
obtained for the lithium, berilium and uranium isotopes. To check the
reliability of the model, we have carried out isotopic-shift calculations
by applying the DCM to the electron subspace and calculating the fieldand phase-shift, which characterize the isotopic-shift theory, in suitable
electronic transitions. Our calculated charge radii of the light isotopes
represent our prediction for the experiments presently being performed
at GSI [3].
[[] 1
] M. Tomaselli, Ann. Phys. (N.Y.) 205 (1991) 362;
M. Tomaselli, L.C. Liu, S. Fritzsche et al., GSI, preprint 2002-28.
[[] 2
] M. Tomaselli et al, Can. J. Phys. 80 (2002) 1347
[[] 3
] W. Nörtershäuser et al, Conference of the DPG 3 (2003)
A 10.7 Di 16:00 HS 133
Anticrossing-Spektroskopie schneller Helium Atome nach Elektroneneinfang — •Thorsten Ludwig und Gebhard von Oppen
— Institut fuer Atomare Physik und Fachdidaktik, TU-Berlin
Mit dieser Arbeit werden erstmals Anticrossing-Spektren von schnell
bewegten Heliumatomen nach He+-He St#oßen gezeigt. Die Atome entstehen nach Umladung von He+-Ionen. Die Ionen werden auf 10 bis
50 keV beschleunigt und treffen auf einen gut kollimierten thermischen
Atomstrahl. Im Stoßvolumen werden Feldst#arken von F < 30 kV/cm erzeugt. Bei den Feldst#arken der Singulett-Triplett-Anticrossings ergeben
sich resonanzartige Intensit#ats#anderungen, aus denen die Ladungsverteilung der stoßangeregten He-Zust#ande bestimmt werden kann. In
fr#uheren Arbeiten wurden Anticrossing-Spektren der direkt angeregten thermischen He-Target-Atome beobachtet. In dieser Arbeit konnten zum ersten Mal Spektren der durch Elektroneneinfang entstehenden schnellen Atome gemessen werden. Die registrierten Spektren zeigen
eindrucksvoll die ausgepr#agte Asymmetrie der Ladungsverteilung. Bei
den schnellen Atomen ist die Polarisierung entgegengesetzt zu derjenigen der Projektilatome. Die hier entwickelte Experimentiertechnik bietet
gute M#oglichkeiten, Elektroneneinfang durch He+-Ionen an beliebigen
Targets zu untersuchen.
A 10.6 Di 15:45 HS 133
Untersuchungen zur optischen nuklearen Spektroskopie in Th229 — •Ekkehard Peik und Christian Tamm — PhysikalischTechnische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
Der Kern Th-229 besitzt einen isomeren Zustand bei lediglich 3,5 eV
Anregungsenergie, der unter Emission magnetischer Dipolstrahlung und
A 11 Photoionisation I
Raum: HS 132
A 11.1 Di 16:30 HS 132
Theoretical and experimental investigation of even mp51/2 nl 0 autoionizing resonances in the rare gas atoms Ne, Ar, Kr, and Xe
— •H. Hotop1 , I.D. Petrov2 , V.L. Sukhorukov2 , T. Peters1 ,
T. Halfmann1 , U. Even3 , and A. Wünnenberg3 — 1 Fachbereich
Physik, Technische Universität, 67653 Kaiserslautern, FRG — 2 Rostov
State University of Transport Communications, 344038 Rostov-on-Don,
Russia — 3School of Chemistry, Tel Aviv University, Tel Aviv 69978,
Israel
In a joint theoretical and experimental effort, we have investigated the
spectra of even autoionizing resonances mp51/2 nl 0 (l 0 = 1, 3) of the rare
gas atoms Rg = Ne, Ar, Kr, and Xe (m = 2-5). The calculations are based
on the Pauli-Fock approach and include core polarization and electron
correlation effects at a high level, as described in [1]. Two different experimental setups, both involving a pulsed source of metastable rare gas
atoms Rg[mp5 (m+ 1)s 3 P2,0] and a frequency-doubled pulsed dye laser of
narrow bandwidth in conjunction with a time-of-flight mass spectrometer
for ion detection, were used to study the even np’ (J = 1,2) and nf’(J =
2,3) autoionizing resonances by single photon excitation. The theoretical
predictions for the energies, widths and lineshapes of the resonances will
be compared with the experimental results.
This work has been supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft, by the Israeli Science Fund and by the research center OTLAP at
TU Kaiserslautern.
[1] I. D. Petrov, V. L. Sukhorukov, H. Hotop, J. Phys. B 35 (2002) 323;
J. Phys. B 36 (2003) 119
verification of the analytic results.
In the limit of small peak fields, and for a few-cycle laser pulse, the
total ionisation and excitation probabilities, as well as the momentum
distribution can be described well by first order time dependent perturbation theory. The energy distribution as a result of such pulses shows a
peaked structure and depends on the shape of the carrier. Additionally,
a method for measuring the relative carrier-envelope phase is proposed.
For a half-cycle pulse, the results for the population probabilities depend only on the momentum transferred by the field and not on the
pulse shape. For a one-cycle pulse and in the limit of very high momentum transfer (when the atom is completely ionised after the first half
cycle) an asymptotic analytical expression for the ground state probability is obtained. In this case the ground state probability depends on
both the momentum transferred by the field and the period of the pulse
but not on the pulse shape.
A 11.3 Di 17:00 HS 132
Neue Methode zur Bestimmung des β-Parameters der Photoionisation — •Tobias Richter1 , Kai Godehusen2 , Philippe
Wernet2 , Michael Martins3 und Peter Zimmermann1 —
1
Institut für Atomare Physik, Technische Universität Berlin — 2 Berliner
Elektronenspeicherring-Gesellschaft für Synchrotronstrahlung —
3
Institut für Experimentalphysik, Universität Hamburg
Spezielle Undulatoren neuen Typs können, neben variabler elliptisch
polarisierter Synchrotronstrahlung, auch linear polarisierte Strahlung
mit beliebigen Polarisationswinkeln erzeugen. Dies ermöglicht es mit einer Standardapparatur zur Messung von integralen Photoionisationswirkungsquerschnitten auch winkelaufgelöste Wirkungsquerschnitte und damit den Anisotropieparameter β zu bestimmen. Durch den neuen Aufbau entfallen einige Probleme herkömmlicher Methoden zur Messung des
β-Parameters, so dass Daten von hoher Auflösung und Genauigkeit gewonnen werden können.
Vorgestellt werden erste Messungen an freien Metallatomen der 3dGruppe. Es erweist sich, dass die neuen experimentellen Daten höhere
Anforderungen an die theoretischen Modellrechnungen stellen, als dies
A 11.2 Di 16:45 HS 132
Ionisation by very short intense laser pulses — •Darko Dimitrovski and John S Briggs — Theoretische Quantendynamik, Universität
Freiburg
We investigate ionisation and excitation of H(1s) in the limit of very
short electric field pulses, analytically and numerically and both in the
limit of small and extremely large peak electric fields. A fully 3D numerical code based on the discrete variable representation is used for
19
bei Messungen ohne Winkelauflösung der Fall ist.
Durch Dissoziation von CS2 in einer Gasentladung wird ein Strahl
negativer Schwefel-Ionen erzeugt. Mit einem stabilisierten single-mode
Farbstoff-Ringlaser wird das zusätzliche Elektron abgelöst. Der Nachweis der Elektronen erfolgt in einem sogenannten PhotodetachmentMikroskop [1]. Aus den Interferenzringen der im elektrischen Feld beschleunigten Elektronen wird die Elektronenaffinität bestimmt.
Übergänge vom Multiplett 2 P3/2, 1/2 des negativen Schwefel-Ions zum
Grundmultiplett 3P2, 1, 0 des neutralen Atoms wurden untersucht. Damit
konnte neben der Elektronenaffinität auch der Wert für die Feinstrukturaufspaltung im negativen Ion ermittelt werden. Die Ergebnisse werden
vorgestellt und eine Vergleich mit Werten aus [2] diskutiert.
[1] C. Blondel, C. Delsart, F. Dulieu, C. Valli, Euro. Phys. J. D, 5, 207
(1999).
[2] T. Andersen, H. K. Haugen, H. Hotop, J. Phys. Chem. Ref. Data, 28,
1511 (1999).
A 11.4 Di 17:15 HS 132
Ionisation und Fragmentation von C60 hervorgerufen durch
energiereiche Photonen — •Axel Reinköster, Sanja Korica,
Georg Prümper, Jens Viefhaus und Uwe Becker — Fritz-HaberInstitut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4–6, D-14195 Berlin,
GERMANY
Die Ionisation und Fragmentation von C60 wurde mit Synchrotronstrahlung in einem weiten Energiebereich (hν=26–400 eV) untersucht.
Bislang gab es hier nur wenige Experimente [1-4]. Diskutiert wird die
Energieabhängigkeit der Wirkungsquerschnitte einzelner Fullerenionen.
Ein Vergleich wird gezogen zu den Ergebnissen der Photoelektronenspektroskopie, die im letzten Jahr vorgestellt wurden. Hierbei wurde unter anderem ein hoher Doppelaugeranteil bei hohen Energien festgestellt, der
zu einem entsprechenden Dreifachionisationsanteil in dem Fullerenionenexperiment korrespondiert.
[1] R.K. Yoo et al., J. Chem. Phys. 96 (1992), 911
[2] T. Drewello et al., Int. J. Mass Spectrom. 124 (1993), R1
[3] J. Karvonen et al., J. Chem. Phys. 106 (1997), 3466
[4] J. Kou et al., Chem. Phys. Lett. 374 (2003), 1
A 11.7 Di 18:00 HS 132
Partial cross sections of doubly excited helium below the N=7
ionization threshold — •Yuhai Jiang1,2 , Ralph Püttner1 ,
Rainer Hentges3 , Jens Viefhaus3 , Uwe Becker3 , Jan-Michael
Rost2 , and Günter Kaindl1 — 1 Institut für Experimentalphysik,
Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin — 2 Max-PlanckInstitut für Physik Komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden — 3 Fritz-Haber-Institut, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin
Partial photoionization cross sections (PCSs), σn , leading to final ionic
states of helium, He+ (n), were measured at BESSY II in the region of
doubly excited helium up to the ionization threshold I7 of He+ [1]. The
experiments were performed with a time-of-flight (TOF) electron spectrometer and high photon resolution, ∆E ∼
= 6 meV. The results of these
measurements are a most critical assessment of the decay dynamics of
double-excitation resonances and agree well with those of recent eigenchannel R-matrix calculations. The mirroring behavior in the PCSs predicted recently by Liu and Starace [2] is only partially observed. By
discussing the formulas given by these authors in a more general context,
the behavior of the PCSs of helium with respect to mirroring can be
understood.
[1] Y. H. Jiang, R. Püttner, R. Hentges, J. Viefhaus, M. Poiguine, U.
Becker, J. M. Rost, and G. Kaindl, Phys. Rev. A (submitted).
[2] Ch.-N. Liu and A. Starace, Phys. Rev. A 59, R1731 (1999).
A 11.5 Di 17:30 HS 132
Photodoppelionisation von Helium 100 eV und 450 eV über
der Doppelionisationsschwelle — •Alexandra Knapp1 , A. Kheifets2 , I. Bray3 , Th. Weber1 , A.L. Landers4 , S. Schössler1 ,
T. Jahnke1 , J. Nickles1 , S. Kammer1 , O. Jagutzki1 , L.Ph.H.
Schmidt1, T. Osipov5 , J. Rösch1,6 , M.H. Prior6 , H. SchmidtBöcking1 , L. Cocke5 und R. Dörner1 — 1 Institut für Kernphysik,
Universität Frankfurt, Germany — 2 Research School of Physical Sciences
and Engineering, Canberra, Australia — 3Centre for Atomic, Molecular
and Surface Physics, Murdoch University, Australia — 4 Dept. of Physics,
Western Michigan Univ., USA — 5Dept. of Physics, Kansas State Univ.,
USA — 6 Lawrence Berkeley National Lab., Berkeley, USA
Wir haben vollständig differentielle Wirkungsquerschnitte (FDCS) für
die Photodoppelionisation von Helium bei einer Energie von 100 eV
und 450 eV über der Doppelionisationsschwelle mit der COLTRIMSTechnik gemessen. Der Vortrag geht sowohl auf die Gemeinsamkeiten als
auch auf die Unterschiede zwischen den FDCS für verschiedenen Energieaufteilungen auf die beiden Elektronen bei den zwei verschiedenen
Überschussenergien ein.
A 11.6 Di 17:45 HS 132
Messung der Elektronenaffinität von Schwefel mittels Photodetachment-Mikroskopie — •Sophie Kröger1 , Christophe
Blondel2 , Walid Chaibi2 , Christian Delsart2 und Cyril
Drag2 — 1 Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik, TU Berlin,
Hardenbergstr. 36, 19623 Berlin — 2 Laboratoire Aimé Cotton, Bât.
505, F-91405 Orsay, Frankreich
A 12 Atomspektroskopie II
Raum: HS 133
A 12.2 Di 16:45 HS 133
Experimenteller Test der Zeitdilatation mittels Laserspektroskopie an schnellen Ionen — •G. Saathoff1 , G. Huber2 , S. Karpuk2 , S. Reinhardt1 , D. Schwalm1 , A. Wolf1 und G. Gwinner1
— 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69029 Heidelberg — 2 Institut
für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz
Am Schwerionenspeicherring TSR des Max-Planck-Instituts für Kernphysik wurde mittels kollinearer Sättigungsspektroskopie an schnellen
Ionen die bisher genaueste Messung der Zeitdilatation durchgeführt. Dazu wurden 7 Li+ -Ionen bei etwa 7% der Lichtgeschwindigkeit im TSR
gespeichert und die Doppler-verschobenen Frequenzen νp und νa eines Zweiniveau-Übergangs der Frequenz ν0 parallel und antiparallel zur
Strahlrichtung gemessen. Aus den durch die relativistische DopplerFormel gegebenen Resonanzbedingungen ν0 = γ(1 ± β)νa,p folgt, dass
das Mittel dieser beiden Frequenzen um genau den Zeitdilatationsfaktor
γ gegenüber der Ruhefrequenz ν0 verschoben ist , so dass dieser gemäss
γexp = 21 (νp +νa )/ν0 bestimmt werden kann. Das Ergebnis bestätigt die relativistische Zeitdilatation und die Messgenauigkeit von ∆ν/ν = 1×10−9
liefert eine neue obere Grenze von 2.2 × 10−7 für mögliche Abweichungen (G. Saathoff et al. Phys. Rev. Lett. 91, 190403 (2003)). Die Messung
A 12.1 Di 16:30 HS 133
Weitere neue Energieniveaus des Ta 181 - Atoms — •Laurentius
Windholz1 , Notburga Jaritz1 , Dieter Messnarz2 , Helmut
Jäger1 , Günter H. Guthöhrlein2 und Rolf Engleman3
— 1 Institut für Experimentalphysik, Technische Universität Graz,
Petersgasse 16, A-8010 Graz — 2 Laboratorium für Experimentalphysik,
Universität der Bundeswehr Hamburg, Holstenhofweg 85, D-22043
Hamburg — 3 University of New Mexico, Albuquerque, NM
In Fortsetzung unserer laserspektroskopischen Untersuchungen der Hyperfeinstruktur von Ta I - Linien gelang es, durch Anregung nicht klassifizierbarer Spektrallinien im Wellenlängenbereich 565 - 610 nm insgesamt
24 neue Energieniveaus gerader Parität und 3 neue Niveaus ungerader
Parität zu finden. Darunter befinden sich 4 Energieniveaus gerader Parität mit Wellenzahlen unter 40000 cm-1, die theoretisch vorhergesagt
wurden [1], deren Existenz aber erst jetzt experimentell bestätigt werden
konnte.
[1] J.Dembczynski, B.Arcimowicz, G.H.Guthöhrlein, L.Windholz; Z.
Phys. D 39, 143-152 (1997)
20
A 12.5 Di 17:30 HS 133
Hochpräzise Laserspektroskopie zur Bestimmung des 154 Sm
Ionisationspotenzials — •Annette Schmitt1, Bruce Bushaw2
und Klaus Wendt1 — 1 Institut für Physik, Johannes GutenbergUniversität Mainz — 2 Pacific Northwest National Laboratory, Richland,
USA
Das Ionisationspotenzial ist eine entscheidende, jedes Atom charakterisierende Größe, die mit Hilfe der hochauflösenden ResonanzionisationsMassenspektrometrie präzise bestimmt werden kann. Experimentelles
Vorgehen sowie die vergleichsweise aufwendige Auswertung der Daten
werden am Beispiel des Samariums vorgestellt.
Es kommen drei kontinuierliche Laser zum Einsatz, mit denen über
zwei resonante Zwischenschritte Rydbergserien mit Hauptquantenzahlen von n=60 bis 160 in einem spektralen Bereich von 30 cm−1 bis 4
cm−1 unterhalb des ersten Ionisationslimits angeregt werden. Mit Hilfe
einer modifizierten Rydberg-Ritzformel wird das Konvergenzlimit der Serie bestimmt. Eine Modifikation ist unerlässlich, da Samarium zur Gruppe der Lanthanide gehört, eine nur teilweise gefüllte Unterschale und
damit ein sehr komplexes Spektrum besitzt. Rydbergserien werden daher durch Zustände anderer Konfigurationen gestört. Darüberhinaus sind
Rydbergzustände hoher Hauptquantenzahlen sehr empfindlich auf elektrische Felder. Beide Effekte verschieben die Linienlagen und beschränken
die Genauigkeit, mit der das Konvergenzlimit extrahiert werden kann.
Erreicht wurden 0.00004 cm−1 . Damit kann das Ionisationspotenzial zu
45519.30793(40) cm−1 angegeben werden. Dies ist gegenüber dem Literaturwert eine Genauigkeitssteigerung um 4 Größenordnungen.
ist momentan durch den Fehler der Ruhefrequenz (∆ν0 = 400 kHz) begrenzt. Daher ist eine Wiederholung des Speicherring-Experiments an
möglichst langsamen Ionen in Vorbereitung, um so die Ruhefrequenz genauer zu bestimmen. Insgesamt wird eine weitere Steigerung der Genauigkeit um etwa einen Faktor 4 erwartet.
A 12.3 Di 17:00 HS 133
Efficient three-step, two-color ionization of plutonium using a
resonance enhanced 2-photon transition into an autoionizing
state — •P. Kunz1 , G. Huber1 , G. Passler1 , and N. Trautmann2
— 1 Institut für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany —
2
Institut für Kernchemie, Universität Mainz, 55099 Mainz, Germany
Resonance ionization mass spectrometry (RIMS) is a well established
method for isotope selective ultra-trace analysis of long-lived radioisotopes. For plutonium a three-step, three-color laser excitation scheme has
been applied for efficient element- as well as isotope-selective ionization.
Thus, detection limits of 106 to 107 atoms have been achieved for various
types of environmental and biological samples. We present an alternative
three-step, two-color ionization scheme including a two-photon transition
from an excited state into a high-lying autoionizing state, yielding a similar overall efficiency as the three-step, three-color scheme. In this way,
only two tunable lasers are needed, while the benefits of the three-color
excitation (high selectivity, good efficiency and low non-resonant background) are preserved or even improved. The two-photon transition has
been characterized with respect to saturation behavior and line width.
The resonance enhancement effect of intermediate bound states will be
discussed.
Gruppenbericht
A 12.6 Di 17:45 HS 133
Messung der Isotopieverschiebung des 2S1/2 → 3S1/2 Zweiphotonenüberganges in 8,9Li zur Bestimmung des Ladungsradiuses — •Wilfried Nörtershäuser1,2 , Bruce A. Bushaw3 , Andreas Dax4 , Gordon W. F. Drake5 , Guido Ewald1 , Agnieszka Gluzicka6 , Reinhard Kirchner1 , H.-Jürgen Kluge1 , Thomas Kühl1 , Rodolfo Sanchez1 und Claus Zimmermann2 — 1 GSI
Darmstadt — 2 Physikalisches Institut, Universität Tübingen — 3 PNNL,
Richland, USA — 4 PSI, Villingen, Schweiz — 5 University Windsor, Kanada — 6 Department of Physics, Warsaw University, Poland
Die Bestimmung des mittleren quadratischen Ladungsradiuses von
Atomkernen über die laserspektroskopische Messung der Isotopieverschiebung wurde in den letzten Jahrzehnten mit grossem Erfolg für eine
Vielzahl radioaktiver Isotope eingesetzt. Für leichte Elemente wird diese
Methode jedoch zunehmend schwieriger, weil der Feldeffekt immer kleiner
und der Masseneffekt grösser wird. Bislang war Neon das leichteste Element für dessen radioaktive Isotope der Ladungsradius so bestimmt werden konnte. Durch die Kombination präziser theoretischer Berechnungen
zum Masseneffekt in Drei-Elektronen-Systemen und der Messung der Isotopieverschiebung des 2S1/2 → 3S1/2 Überganges in 8,9Li ist es uns jetzt
gelungen den Ladungsradius dieser Isotope zu bestimmen. Gleichzeitig
konnten wir demonstrieren, dass die Effizienz unseres Nachweisverfahrens ausreicht, um auch die Isotopieverschiebung des Halokerns 11 Li mit
den an ISOLDE oder TRIUMF erreichten Produktionsraten zu bestimmen.
A 12.4 Di 17:15 HS 133
Charge radii of exotic nuclei: nuclear results versus isotopic
shift calculation — •Marco Tomaselli1 , Lon-chang Liu2 ,
Thomas Kuehl1 , Stephan Fritzsche3 , and Daniel Ursescu1
— 1 GSI Planckstr. 1 - D 64291 Darmstadt, Germany — 2 LANL Los
Alamos - NM 87545, USA — 3Kassel University - D 34132 Kassel,
Germany
We study the charge radii of exotic nuclei through nuclear calculations and isotopic-shift evaluations. The former ones are performed in
the framework of the DCM and the BDCM [1] for nuclei with odd
and even numbers of valence particles, respectively. These nuclear models take fully into consideration the correlation between valence particles
as well as between valence and core particles. We will present the results
obtained for the lithium, berilium and uranium isotopes. To check the
reliability of the model, we have carried out isotopic-shift calculations
by applying the DCM to the electron subspace and calculating the fieldand phase-shift, which characterize the isotopic-shift theory, in suitable
electronic transitions. Our calculated charge radii of the light isotopes
represent our prediction for the experiments presently being performed
at GSI [2].
[[] 1
] M. Tomaselli, Ann. Phys. (N.Y.) 205 (1991) 362;
M. Tomaselli, L.C. Liu, S. Fritzsche et al., GSI, preprint 2002-28.
[[] 2
] W. Nörtershäuser et al, Conference of the DPG 3 (2003)
A 13 Ion-Atom/Molekuel/Ion-Stoesse
Zeit: Donnerstag 11:00–12:30
Raum: HS 132
A 13.1 Do 11:00 HS 132
Kombinatorische Untersuchung der Edelgas-Mehrfach-Ionisation durch Protonen unter Berücksichtigung von Auger-artigen
Prozessen — •Tobias Spranger und Tom Kirchner — Institut für
Theoretische Physik, TU Clausthal, Leibnizstraße 10, 38678 ClausthalZellerfeld
Die Ionisation von Atomen durch Stoß mit einem Ion kann am effektivsten im Modell unabhängiger Teilchen beschrieben werden. In diesem
Modell werden die Wahrscheinlichkeiten berechnet, mit denen die Elektronen in den einzelnen Schalen ionisiert werden. Die Wahrscheinlichkeit
einer Mehrfachionisierung kann modelliert werden, indem diese Einzelwahrscheinlichkeiten statistisch kombiniert werden.
Hier wird ein kombinatorisches Verfahren vorgestellt, mit dem sich die
Ionisation bei hohen Projektilgeschwindigkeiten (ca. 1 MeV/amu) besser
modellieren lässt als durch das Standard-Binominalverfahren. Die Verbesserung wird durch die Einführung eines Zusatzfaktors erreicht, der
die Auger-artige Elektronenemission beschreibt. Für Proton-Neon- und
Proton-Argon-Stöße werden die Berechnungen nach diesem Modell mit
experimentellen Daten verglichen.
A 13.2 Do 11:15 HS 132
Break-up of molecular hydrogen in singly ionising collisions
with fast protons — •Christina Dimopoulou1 , C. Hoehr1 , D.
Fischer1 , R. Moshammer1 , A. Dorn1 , C.D. Schroeter1 , J.R.
Crespo Lopez-Urrutia1 , H. Kollmus2 , R. Mann2 , S. Hagmann2 ,
P. Fainstein3 , and J. Ullrich1 — 1 Max-Planck-Institut fuer Kernphysik, Saupfercheckweg 1, D-69117 Heidelberg — 2 Gesellschaft fuer
Schwerionenforschung, Planckstrasse 1, D-64291 Darmstadt — 3 Centro
Atomico Bariloche, Avenida E.Bustillo 9500-8400, Bariloche, Argentina
Single ionisation of H2 by 6 MeV proton impact has been studied in
a kinematically complete experiment using the COLTRIMS technique
(reaction-microscope). There are two basic channels in the single ioni21
sation of H2 : in the first case a H2+ ion is formed (”pure” ionisation),
whereas, with a small probability, single ionisation is accompanied by
dissociation into a proton and a H atom (ground state dissociation). For
both channels, the emitted electron and the recoil ion have been recorded
in coincidence. Thus, the electron energy distributions for pure ionisation
and that coincident with dissociation have been measured. Surprisingly,
significant differences are observed though the kinetic energy released in
the dissociation amounts to only a few tens of meV. In the case of pure
ionisation of H2 fully differential cross-sections for low-energy electrons
have been measured as well. Furthermore, in the case of ground state dissociation we have been able to determine the orientation of the molecule.
Thus, electron emission spectra for fixed-in-space H2 have been analysed.
The experimental results will be presented and discussed. Whenever possible, a comparison with theoretical calculations has been made as well.
oder gar eine Anpassung von Potentialen mit einer Genauigkeit von wenigen Wellenzahlen.
Während Querschnitte für NaX mit X = N2, O2 , C2 H2, CO, CO2 relativ unstrukturiert sind, was auf eine Mittelung über nicht präparierte
Rotationszustände zurückzuführen ist, zeigen sich beim Stoßpaar LiWasserstoff trotz fehlender Präparation interessante Strukturen wie bei
einem atomaren Stoßpartner. Ein Vergleich zwischen LiHe und LiD2 zeigt
überraschende Ähnlichkeiten der gemessenen Querschnitte, wohingegen
zwischen LiH2 (ortho) und LiH2 (para) deutliche Unterschiede auftreten.
A 13.5 Do 12:00 HS 132
Charge-Exchange Cross Sections and the Gas-Solid Effect
— •Andrè Fettouhi1,2 , Franck Becker1 , David Boutin1 ,
Hans Geissel1,2 , Ronja Knöbel2 , Jan Kurcewicz3 , Yuri
Litvinov1 , Hidemi Ogawa4 , Mauricio Portillo1 , Christoph
Scheidenberger1,2 , Jens Stadlmann1 , Helmut Weick1 , Martin
Winkler1,2 , and Nan Yao1,2 — 1 Gesellschaft für Schwerionenforschung, Planckstrasse 1, D-64291 Darmstadt, Germany — 2 II.
Physikalisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen, HeinrichBuff-Ring 16, D-35392 Gießen, Germany — 3 Institute of Experimental
Physics, Warsaw University, PL-00-681 Warsaw, Poland — 4Department
of Physics, Nara Women’s University, Kitauoya-Nishimachi, Nara
630-8506, Japan
It has been known for some time now that the gas-solid effect in charge
exchange cross sections arises from differences in the mean free path
length. In a gas the mean free path length is usually 1 order of magnitude larger than in solids. With the Fragment Separator at GSI we
investigated this effect with Ni27+ and Ni28+ ions penetrating through
various solids and gases at 200 MeV/u. At this energy the ionization
cross section is much larger than that of capture, making it possible to
study the effect by comparing the fully stripped and H-like Ni ions. The
results of the experimental data are presented, along with a short note
on the Zt -dependence of the cross sections.
A 13.3 Do 11:30 HS 132
Kontrolle atomarer Stöße durch polarisiertes Laserlicht —
•A. Grimpe1 , C. Figl1 , R. Goldstein1 , J. Grosser1 , O. Hoffmann1 , F. Rebentrost2 und T. Schmidt1 — 1 Institut für Atomund Molekülphysik, Abteilung Atomare Prozesse, Universität Hannover
— 2 Max-Planck Institut für Quantenoptik, Garching
Wir untersuchen die optische Anregung von NaNe Stoßpaaren
Na + Ne + hν → Na∗ + Ne
in gekreuzten Teilchenstrahlen mit differentiellem Nachweis. Diese Stoßpaare verhalten sich wie ein mikroskopisches Interferometer, in dem das
Licht als Strahlteiler fungiert.
Der differentiellen Wirkungsquerschnitt zeigt eine Oszillationstruktur.
Sie ensteht, da zwei unterschiedliche Trajektorien der atomaren Wellenfunktion während des Stoßes miteinander interferieren. Durch Variation
der Polarisation des Lichtfeldes haben wir die vollständige Kontrolle über
die relative Phase und Amplitude der jeweiligen Beiträge zum Wirkungsquerschnitt. Wir können so die Maxima und den Kontrast der Oszillationen gezielt einstellen. a .
a
”Control of atomic collisions by laser polarization”
T. Schmidt, C. Figl, A. Grimpe,
J. Grosser, O. Hoffmann, F.Rebentrost
Physical Review Letters angenommen
Homepage: www.ampap.uni-hannover.de
A 13.6 Do 12:15 HS 132
Femtosecond laser induced Backfluorescence spectra of dense
Rb and Cs vapour — •Goran Pichler, Ticijana Ban, Damir
Aumiler, and Robert Beuc — Institute of Physics, Bijenicka cesta
46, HR 10000 Zagreb, Croatia
We performed backfluorescence measurements induced by Ti:Sa femtosecond laser oscillator in dense rubidium and cesium vapours, generated in all sapphire cells. In both cases the temperatures and densities
were so high that no laser light could be transmitted through the cells.
The sepctra were taken by OceanOptics spectrometer S2000. The main
goal was to inspect the appearance of some new structured molecular
continua. Beside well-known diffuse bands and extended resonance line
wings with corresponding satellite bands only very few new phenomena
appeared. In the near infrared spectral region we definitely found broad
structured continua, which may be attributed to avoided crossings of a
certain number of interacting potential curves. In the case of Cs-Cs interaction, the structured continua may be correlated to giant resonances
in the multiphoton ionization spectrum of ultracold cesium molecules.
Those molecules were created in the lowest triplet states by spontaneous
emission after the tunneling process through the potential barrier in Ogstate.
A 13.4 Do 11:45 HS 132
Detaillierte Einblicke in atomare und molekulare Stoßprozesse
und Präzisionstests von Potentialen mit Optischen Stößen
— •Olaf Hoffmann1 , André Grimpe1 , Cristina Figl1 , Ralf
Goldstein1 , Joachim Grosser1 und Frank Rebentrost2 —
1
Abteilung Atomare Prozesse, Universität Hannover — 2 MPQ, Garching
Differentiell in gekreuzten Teilchenstrahlen untersuchte optische Stöße
A + X + hν → A∗ + X
(A Alkali- oder Erdalkaliatom, X Edelgas oder Molekül)
ermöglichen einen detaillierten Einblick in elementare Stoßprozesse.
Messungen stark strukturierter differentieller Querschnitte zu den Stoßpaaren CaAr, KAr, LiHe erlauben einen Präzisionstest von Potentialen
A 15 Poster 2
1, 9x1014 W/cm2 ) durch die Doppelionisation von Argon erzeugt wurden.
Die Ergebnisse zeigen eine ”back-to-back-Emission” der Elektronen, die
sich senkrecht zur Polarisationsrichtung des Laserstrahls bewegen. Untermauert werden diese Ergebnisse durch eine weitere Messreihe, bei der Neon in einem hochenergetischen elektromagnetischen Feld eines Lasersystems ebenfalls bei 800nm und etwa 1, 9x1014 W/cm2 doppelionisiert wird.
Mit dieser Messung gelang es erstmals alle drei Impulskomponenten aller
an der Ionisation beteiligter Teilchen mit hinreichend guter Aufloesung
zu bestimmen. Es koennen vollstaendig differentielle Winkelverteilungen
konstruiert werden. Es ist weiterhin moeglich zwischen der ElektronenAbstossung einerseits, bei der beide Elektronen nahezu gleichzeitig emittiert werden und dem Verschwinden dieser Abstossung andererseits, hier
A 15.1 Do 14:00 Schellingstr. 3
Elektronen Korrelationen bei Multiphotonen Doppelionisation — •Matthias Weckenbrock1 , A. Staudte1 , A. Becker2 ,
D. Zeidler3 , Th. Weber4 , M. Schoeffler1 , O. Jagutzki1 , M.
Meckel1 , S. Kammer1 , M. Smolarski1 , V.R. Bhardwaj3 , D.M.
Rayner3 , D.M. Villeneuve3 , P.B. Corkum3 und R. Doerner1
— 1 Institut fuer Kernphysik, Universitaet Frankfurt am Main — 2 Max
Planck Institut fuer Physik komplexer Systeme, Dresden — 3 National
Research Council, Ottawa, Kanada — 4 Lawrence Berkeley National Lab,
Berkeley,USA
Untersucht wurde die Korrelation von Elektronen, die in einem
Laserfeld (bei 800nm und einer Intensitaet im Fokuspunkt von
22
werden die Elektronen nacheinander erzeugt, zu unterscheiden.
damit eine Reihe neuer, bisher undurchführbarer Experimente möglich
geworden. Dies wird anhand von kinematisch vollständigen Daten zur
Einfachionisation von Edelgas-Dimeren, zu laserassistierten Stößen und
zur Doppelionisation [2] demonstriert. Die bisher bei Projektilenergien
von E0 > 500 eV durchgeführten Experimente sollen nun zu deutlich
kleineren Energien (E0 100 eV) hin erweitert werden. Man erhält
dadurch Zugang zu der sehr interessanten Vielteilchendynamik bei den
Schwellenenergien der betrachteten Prozesse. Die dazu notwendigen Modifikationen des Reaktionsmikroskops werden diskutiert und erste Ergebnisse vorgestellt.
[1] J. Ullrich et al., Rep. Prog. Phys. 66, 1463 (2003)
[2] A. Dorn et al., Phys. Rev. Lett. 86, 3755 (2001)
Analysis of Very Large Clusters in Strong Laser Pulses —
•Ionut Georgescu and Jan-Michael Rost — Max-Planck-Institut
für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Strasse 38, 01187 Dresden,
Germany
The new x-ray free electron laser (XFEL) sources under construction
at DESY in Hamburg and at the LCLS in Stanford will open new land
in the exploration of the laser-matter interaction. Clusters play an important role in this field, as they make the transition from the atom to
the solid. A rather rough transition, with interesting effects such as emission of very fast ions and electrons or the production of coherent x-ray
radiation.
A good understanding of the cluster dynamics under intense, hard xray laser fields is therefore essential for the design of the new experiments.
Current MD simulations are limited to rather small clusters (N ∼ 1000),
mainly because the required computational resources increase with N 2 .
We introduce a hybrid algorithm which aims to release the stress on these
resources and open up the way to significantly larger clusters. In a first
step, we test the algorithm by comparing to full calculations for short
infrared pulses.
Fragmentation von H2 in ultrakurzen Laserpulsen — •Bernold
Feuerstein, Artem Rudenko, Karl Zrost, Vitor L. B. de Jesus, Claus Dieter Schröter, Robert Moshammer und Joachim Ullrich — Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Saupfercheckweg 1
Die Fragmentation von Wasserstoff-Molekülen in intensiven (0.2 bis
0.5 PW/cm2 ), ultrakurzen (6 bis 23 fs) Laserpulsen wurde mit einem
sog. Reaktionsmikroskop untersucht. Hierzu wurde ein kalter ÜberschallMolekularstrahl mit einem Ti:Sa-Laserstrahl (800 nm Wellenlänge) gekreuzt und die Impulsvektoren aller bei der Reaktion entstehenden Fragmente (Ionen und Elektronen) koinzident vermessen. Die Form der Spektren sowie die Verzweigungsverhältnisse der einzelnen Fragmentationskanäle (Dissoziation, sequentielle und nicht-sequentielle Coulombexplosion) zeigen sich abhängig von Intensität und Pulslänge. Erste Ergebnisse
werden vorgestellt und die Zeitentwicklung der molekularen Fragmentationsdynamik in starken Laserfeldern diskutiert.
Silbercluster in starken Feldern – Abhängigkeit der Aufladung
von der Laserintensität — •T. Döppner, Th. Diederich, P. Radcliffe, J. Tiggesbäumker und K.-H. Meiwes-Broer — Fachbereich Physik, Universität Rostock, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Bei der Wechselwirkung von Metallclustern mit intensiven Laserfeldern (1013 . . . 1016 W/cm2 ) ist eine Coulomb–Explosion hochgeladener
Ionen zu beobachten. Eine Maximierung der Ladungszustände konnte
mit Pulslängen zwischen 600 und 800 fs erzielt werden, deren Ursache die
zeitverzögerte resonante Einkopplung in die kollektive Mode des Clusters
ist [1,2]. Es wird eine Methode vorgestellt, mit der die Abhängigkeit der
Aufladung von der Laserintensität genauer charakterisiert werden kann.
Dabei wird die Lage des Laserfokus zum Clusterstrahl systematisch variiert. Es zeigt sich, dass die höchste Zählrate nicht bei der Linsenstellung
erzielt wird, bei der im Wechselwirkungsvolumen die maximale Laserintensität herrscht.
[1] L. Köller, M. Schumacher, J. Köhn, S. Teuber, J. Tiggesbäumker, and
K.H. Meiwes–Broer, Phys. Rev. Lett. 82, 3783 (1999)
[2] T. Döppner, S. Teuber, Th. Diederich, Th. Fennel, P. Radcliffe, J.
Tiggesbäumker, K.H. Meiwes–Broer, Eur. Phys. J. D 24, 157 (2003)
Alignment und Orientierung von KrII 4p45p Zuständen beim
Raman Auger Zerfall der Kr 3d95/25p 3/2 -Resonanz — •S. Kammer1 , R.H. Schill1 , S. Mickat1 , K.-H. Schartner1 , L. Werner2 ,
S. Klumpp2 , Yu. Schutov2 , A. Ehresmann2 , H. Schmoranzer2 ,
B.M. Lagutin3 und V.H. Sukhorukov3 — 1 I. Physikalisches Institut,
Justus Liebig-Universität, 35392 Giessen — 2 Fachbereich Physik, Technische Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 3Rostov State
University of Transport Communications, 344038 Rostov-on-Don, Russia
Hohe Primärauflösung und wahlweise zirkulare oder lineare Polarisation der dispergierten Undulatorstrahlung der UE 56 - PGM Strahlrohre
von BESSY II erlauben die Untersuchung des Zerfalls der Kr 3d95/2 5p 3/2
Resonanz unter Raman Bedingungen. Die Bandbreite der anregenden
Photonen beträgt 10 meV im Vergleich zu 83 meV als natürlicher Linienbreite. Berechnungen zeigen insbesondere für J=3/2 -Zustände der KrII
4p4 5p -Konfiguration eine Energieabhängikeit des Alignmentparameters
A20 und des Orientierungsparameters O10 innerhalb der Resonanzbreite,
die aus der Überlagerung beteiligter Besetzungsmechanismen resultiert.
Aus der Messung von A20 und O10 wird versucht, die beteiligten interferierenden Elektronenpartialwellen zu bestimmen.
Relativistische Quantendynamik in gekreuzten Laserfeldern —
•Matthias Ruf1 , Guido R. Mocken1 , Karen Z. Hatsagortsyan2 und Christoph H. Keitel1 — 1 Theoretische Quantendynamik,
Fakultät für Mathematik und Physik, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg — 2 Yerevan State University, Armenia
In dieser Arbeit untersuchen wir numerisch die Dirac-Dynamik von
Elektronen in starken, gekreuzten Laserfeldern. Gekreuzte Laserfelder
sind in zweierlei Hinsicht interresant. Zum einen bilden sie eine stehende Welle, in der wir die Schwerpunktsbewegung des Wellenpaketes und
dessen Verbreiterung betrachten. Hier gibt es durch die entgegengesetzt
wirkenden Lorentzkräfte eine räumlich eingeschränktere Dynamik als bei
propagierenden Wellen.
Zum anderen kann man den Übergang von negativen zu positiven Energiezuständen untersuchen. In der Dirac-Theorie stellt man sich Paarerzeugung als Übergang von Elektronen aus einem negativen in einen positiven Energiezustand vor. Dieser Übergang ist aber nicht durch nur
einen starken Laser realisierbar, da die Energie- und Impulserhaltung
verletzt wäre. Man benötigt ein drittes Teilchen, zum Beispiel ein Photon mit entgegengesetztem Impuls, welches durch das zweite Laserfeld
zur Verfügung gestellt wird.
Strahlende Zerfälle doppelt angeregter Helium Zustände — •S.
Mickat1 , S. Kammer1 , R.H. Schill1 , K.-H. Schartner1 , L. Werner2 , S. Klumpp2 , Yu. Schutov2 , A. Ehresmann2 , H. Schmoranzer2 und V.H. Sukhorukov3 — 1I. Physikalisches Institut, Justus Liebig-Universität, 35392 Giessen — 2 Fachbereich Physik, Technische
Universität Kaiserslautern, 67653 Kaiserslautern — 3 Rostov State University of Transport Communications, 344038 Rostov-on-Don, Russia
Die sieben Rydbergserien doppelt angeregter J=1 Zustände mit ungerader Parität im Helium, die gegen die N=2 Ionisationsschwelle konvergieren, können strahlend zerfallen. Für die (pd, 2n)(1P ) Zustände mit
n=3, 4 und 5 und den (sp, 25+)(1 P ) Zustand wurden die möglichen
Zerfallskaskaden über Spektren im VUV und sichtbaren Spektralbereich nachgewiesen. Zur Anregung wurde die Undulatorstrahlung der
U 125 - PGM Strahlrohre bei BESSY II verwandt. Aus den Linienintensitäten der Übergänge im einfach angeregten Helium lassen sich bei
Kenntnis der Verzweigungsverhältnisse Zerfallsraten für den Übergang
in die einfach angeregten Zustände auf relativer Basis bestimmen. Die
Durchführung eines geeigneten Normierungsprozess ermöglicht ein Vergleich mit der Berechnung auf absoluter Basis. In der durchgeführten
spektralen Analyse des strahlenden Zerfalls konnten auch die Triplett
Resonanzen (pd, 2n)3D mit n=5 und 6 und deren Zerfall beobachtet
und damit eine Abschwächung der LS Kopplung bei Ein-Photonen-
Ein Reaktionsmikroskop für niederenergetische Elektronenstoßexperimente — •Martin Dürr, Jochen Steinmann,
Cornelia Höhr, Claus-Dieter Schröter, Alexander Dorn
und Joachim Ullrich — Max-Planck-Institut für Kernphysik,
Heidelberg
Mit der kombinierten Elektronen- und Rückstoßionen-Impulsspektroskopie läßt sich die Dynamik von atomaren Stoß- und Fragmentationsprozessen im Detail untersuchen [1]. Für die Elektronenstoßionisation sind
23
Anregungsprozessen bestätigt werden.
lead swiftly to maximal molecular orientation that can be sustained for a
long time (piscoseconds). As a driving field we consider (finite) trains of
half-cycle pulses [1]. Our analysis of the quantum dynamics is based on
a simplified model which yields analytical conditions for the parameters
of the pulses (number of pulses, strength and time delays). The analytical predictions are largely confirmed by a full numerical time-dependent
study of the orientation process for NaI molecules [2]. Including finite
temperature effects it turned out that the molecular orientation persists
at considerable temperatures ( 10 K).
[1] A. Matos-Abiague and J. Berakdar, Chem. Phys. Lett. 382, 475-480
(2003).
[2] A. Matos-Abiague and J. Berakdar, Phys. Rev. A 68, 0634XX
(2003).
Two–photon ionization of heavy atomic systems — •Andrey
Surzhykov, Peter Koval, and Stephan Fritzsche — Universität
Kassel, D–34132 Kassel, Germany
Multi–photon ionization processes have been studied in great detail
during the last decade, both experimentally and theoretically. Until now,
however, most of these studies remained focused on the ionization of
outer–shell electrons because powerful laser sources in the EUV and Xray region have not been available any way. The development of new
synchrotron light sources have made it more likely to investigate the few–
photon excitation/ ionization also for heavy atoms and ions like highly
charged ions or atomic inner–shells [1].
In this contribution, we explore theoretically the two–photon ionization
of heavy atoms. To understand the relativistic phenomena in two–photon
ionization, we investigate hydrogen-like ions in the 2s–metastable state.
Although, in the total cross sections, the relativistic behavior shows up
only in a splitting of resonances and an overall decrease, the electron angular distribution may change qualitatively, in dependence on the photon
energy. To reveal, in addition, the many–electron effects, the two–photon
ionization of helium atom and argon K– and L–shells is considered. An
interesting, unusual dependence of of the L–shell cross section on the
polarization of light makes this shell a promising candidate for an experimental study of two-photon ionization.
Double photo ionization from oriented and aligned atoms —
•Jamal Berakdar1 and Nikolay Kabachnik2 — 1 Max-PlanckInstitut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, D-06120 Halle, Germany
— 2 Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, D-06120
Halle, Germany, Institute of Nuclear Physics, Moscow State University,
119992 Moscow, Russia
We present a formal analysis for the structure of the matrix elements
for the one-photon two-electron transitions in oriented and aligned atoms.
Based on a density-matrix treatment we show that the geometrical and
the dynamical properties can be disentangled and the cross section can
be written as a sum of terms which have a definite transformation behaviour with respect to symmetry operations (rotations and reflections)
acting on the relevant vectors in the reaction (electron pair wave vectors,
atom quantisation axis, photon wave vector). The power of the present
approach and the physical significance of the various terms are discussed
and illustrated by numerical examples.
[1] M. A. Kornberg, A. L. Godunov, S. I. Ortiz, D. L. Ederer, J. H.
McGuire and L. Young, Journal of Synchrotron Radiation 9 (2002) 298.
Assignment of Rydberg series of doubly excited states in
Kr near the 4s ionization threshold — •Stephan Klumpp1 ,
Lutz Werner1 , Arno Ehresmann1 , Hans Schmoranzer1 , Sven
Kammer2 , Sascha Mickat2, Karl-Heinz Schartner2 , Ivan D.
Petrov3 , Boris M. Lagutin3 , Philip V. Demekhin3 , and Victor
L. Sukhorukov3 — 1 Fachbereich Physik, TU Kaiserslautern ErwinSchrödinger-Str. D-67663 Kaiserslautern, Germany — 2 I. Physikalisches
Institut, Justus-Liebig-Universität Giessen, D-35392 Giessen, Germany
— 3 Rostov State University of Transport Communicatioons, 344038
Rostov-on-Don, Russia
Rydberg series of doubly excited states near the Kr 4s ionization
threshold were examined using photon-induced fluorescence spectroscopy
(PIFS). Synchrotron radiation of very narrow bandwidth (∆E = 1.7 eV )
from the electron storage ring BESSY II, Berlin,at the undulator source
U125/1 and monochromatized by a PGM monochromator was used as
source of the exciting photons. With the achieved narrow bandwidth it
was possible to assign quantum numbers to the Rydberg electrons of the
examined doubly excited states for the first time.
Photodetachment in a strong circularly polarized laser field and
ATI beyond the dipole approximation — •Michael Klaiber,
Igor Kiyan, Svea Beiser, and Christoph H. Keitel — Fakultät für
Mathematik und Physik , Albert-Ludwigs-Universität, D-79104 Freiburg,
Germany
We investigate the process of a negative ion in a strong circularly polarized field. Our approach employs the saddle point analysis of contributions to the multiphoton transition amplitude. The method is based on
the strong field approximation. Furthermore we calculate the photoelectron spectrum for different p-initial states of F − . We compare our results
with an earlier work of Reiss[1], which used the velocity gauge. Finally
we investigate the influence of different approximations of the intial state
wavefunction of the negative ion on the transition amplitude.
Our second research topic is ATI in strong laser fields. We are interested in magnetic field effects on the photoelectron energy spectrum. In
this analytical approach the single active electron approximation is applied. Again we use the saddle point method to calculate the dynamics
of the electron wavepacket. Main emphasis is placed on the role of the
magnetic component of the laser field and the recollision of the electron,
which is considered by the generalized strong field approximation.
[1] H.R. Reiss, Phys. Rev. A 22, 1786 (1980)
Calculation of resonance transmission probabilities in 1D systems — •Jamal Berakdar, Oleg Kidun, and Natasha Fominykh
— Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, D-06120
Halle, Germany
Extending and using the variable phase approach [1-2] we investigate
the phenomena of resonance transmission in one-dimensional systems
with non-local interactions. We derive determining equations for the spatial and the energy dependence of the reflection and transmission functions. Applications of the developed method for different objects such
as conducting quantum wires with the a single impurity and quantum
wells are presented. The advantages of this approach in the studies of
nanostructures is discussed.
[1] F. Calogero, Variable Phase Approach in Potential Scattering, AP,
NY (1967)
[2] O. Kidun, N. Fominykh, J. Berakdar, J. Phys. A 35, 9413 (2001)
Quantendynamik eines Dirac-Elektrons in Wechselwirkung mit
intensiven Laserfeldern und hochgeladenen Ionen — •Guido
R. Mocken und Christoph H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Physikalisches Institut, Universität Freiburg, Hermann-HerderStraße 3, D-79104 Freiburg, Germany
Die großen Fortschritte der letzten Zeit sowohl bei der Erzeugung hochintensiver Laserstrahlung als auch bei der Produktion hochgeladener Ionen haben das Interesse an der Dynamik eines Elektrons in lasergetriebenen ionischen Systemen stark wachsen lassen [1]. Bei Laserintensitäten
W
jenseits 1018 cm
2 , wenn sich die klassische Geschwindigkeit des Elektrons
der Lichtgeschwindigkeit nähert, wird eine relativistische Behandlung unvermeidlich, da relativistische Effekte wie die Massenverschiebung, der
Einfluß des Magnetfeldes und des Elektronenspins relevant werden [2].
Um diese zu berücksichtigen, lösen wir, basierend auf dem SplitOperator-Verfahren, die Diracgleichung numerisch in zwei plus eins Dimensionen und untersuchen hiermit die laserassistierte Streuung von ursprünglich freien und ruhenden Elektron-Wellenpaketen an einem oder
mehreren hochgeladenen Ionen [3] und die Wechselwirkung eines im ionischen Grundzustand gebundenen Eletrons mit einem intensiven, kurzen
Optimal control of the molecular orientation by half-cycle
pulses — •Jamal Berakdar and Alex Matos-Abiague —
Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, Weinberg 2, D-06120
Halle, Germany
The orientation of polar linear molecules at low temperatures (¡10 K)
can be controlled by applying exteral electromagnetic fields. The question
addressed in this contribution is that which kind of electromagnetic pluses
24
nounced difference in the momentum correlation of the photoelectrons
emitted after double ionization: O2 shows a maximum at zero momentum, whereas N2 exhibits structures characteristic of rescattering - the
main atomic NSDI mechanism. To understand this difference we performed a simplified qualitative model calculation based on a classical
analog of the S-matrix for double ionization by rescattering. It incorporates classical rescattering and the quantum mechanical transition matrix
elements. The result indicates that the symmetry of the initial state wave
function, which is symmetric for N2 and asymmetric for O2 , plays a decisive role for the final electron momentum distribution, leading to the
present experimental results
Laserpuls [4].
[1] C. J. Joachain, M. Dörr, N. Kylstra, Adv. At. Mol. Phys. 42, 225-286
(2000); C. H. Keitel, Contemp. Phys. 42, 353-363 (2001).
[2] A. Maquet, R. Grobe, J. Mod. Opt. 49, 2001-2018 (2002)
[3] G. R. Mocken, C. H. Keitel, Phys. Rev. Lett. 91, 173202 (2003)
[4] G. R. Mocken, C. H. Keitel, eingereicht.
Stabilisierung in hoch- und niedrigfrequenten Laserfeldern —
•Andreas Staudt und C.H. Keitel — Physikalisches Institut, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, 79104 Freiburg
Durch die Fortschritte in der Lasertechnologie in den letzten Jahren
wurden Intensitätsbereiche erschlossen, bei denen die Wechselwirkung
mit atomaren Systemen nichtperturbativ behandelt werden muß. Einer
der ungewöhnlichsten Effekte, die in diesem Regime auftreten, ist die
sogenannte Stabilisierung [1,2]. Hierunter versteht man, daß die Ionisationswahrscheinlichkeit von Atomen trotz steigender Laserintensität
nicht monoton zunimmt, sondern sogar sinken kann.
Mit Hilfe eines Modellatoms für Helium, welches die Integration der
Schrödingergleichung in zwei Dimensionen unter Einbeziehung der
Magnetfeldeffekte des Laserpulses ermöglicht [3], wird die Stabilisierung
von Zweielektronenatomen in starken Laserfeldern untersucht [4].
Im Vordergrund steht dabei der Einfluß der Elektron-ElektronWechselwirkung auf den Stabilisierungseffekt, sowie die Frage, bei
welchen Laserfrequenzen dieser auftreten kann.
HD + in an ionic beam in intense femtosecond laser fields — dissociation and ionization — •Andreas Kiess, Domagoj Pavičić,
Theodor W. Hänsch, and Hartmut Figger — Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Hans-Kopfermannstr. 1, 85748 Garching
After having investigated the two homonuclear isotopomers H2+ and
+
D2 , here we report on a study of the mixed heteronuclear ion HD+
in intense femtosecond laser fields. A fast (11 keV) and highly collimated ion beam is exposed to focused laser pulses with a pulse duration of 90 fs and intensities in the range of 1013 to 1015 W/cm2 . The
resulting atomic (H, D) and ionic (H+ , D+ ) fragments were detected
on a position-sensitive multichannel plate detector, thereby measuring
their velocity distribution. In distinction to the photodissociation of H2+
and D2+ , HD+ can photodissociate via two competing channels, namely
HD+ −→ H+D+ and HD+ −→ D+H+ . This means that the electron has
to make the choice in the dissociation process whether to join the proton
or the deuteron. This offers an opportunity to measure the breakdown of
the Born-Oppenheimer approximation. Besides the dissociation channels,
HD+ can also undergo Coulomb explosion, HD+ −→ H+ + D+ + e− . All
these channels can be separated in our experiment since the velocities of
the H/H+ and D/D+ fragments differ by a factor of 2 as a consequence of
momentum conservation. Furthermore, by electric deflection of the ionic
fragments, the neutral fragments can be observed alone. In distinction to
the homonuclear cases of H2+ and D2+ , the photodissociation of HD+ is
characterized by three avoided potential curve crossings, corresponding
to absorption of one, two and three photons.
[1] J.H. Eberly und K.C. Kulander, Science 262, 1229 (1993); M. Gavrila,
J. Phys. B 35, R147 (2002)
[2] M.P. de Boer et al., Phys. Rev. Lett. 71, 3262 (1993); N.J. van Druten
et al., Phys. Rev. A 55, 662 (1997)
[3] J. Prager und C.H. Keitel, J. Phys. B 35, L167 (2002); A. Staudt, J.
Prager und C.H. Keitel, Europhys Lett. 62, 691 (2003)
[4] A. Staudt und C.H. Keitel, J. Phys. B 36, L203 (2003)
Non-sequential double ionization with few-cycle laser pulses
— •Xiaojun Liu1 , E Eremina1 , H Rottke1 , W Sandner1 , E
Goulielmakis2 , K O Keeffe2 , M Lezius2 , F Krausz2,3 , F Lindner3 , M Schätzel3 , G.G Paulus3,4 , and H Walther3 — 1 Max-BornInstitut, Max-Born-Strasse 2a, D-12489 Berlin, Germany — 2 Institut für
Photonik, Technische Universität Wien, Gusshausstr. 27, A-1040 Wien,
Austria — 3 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-KopfermannStrasse 1,D-85748 Garching, Germany — 4 Department of Physics, Texas
A & M University, College Station, TX 77843-4242, USA
Few-cycle laser pulses have attracted much attention. In this short
pulse regime, the so-called carrier-envelope (CE) phase, i.e., the phase
difference between the carrier wave and pulse envelope, has considerable
influence on strong-field phenomena, such as High Harmonic Generation
(HHG) and Above Threshold Ionization (ATI). We report here experimental results on the influence of the CE phase on non-sequential double
ionization (NSDI) of atoms in few-cycle laser pulses. Combining state-ofthe-art phase-stabilized few-cycle lasers with ion momentum spectrometer, the momentum distribution of doubly charged argon ions is measured
at different CE phases with 5 fs laser pulses at center wavelength of 760
nm. Depending on the CE phase, a prominent asymmetry in the momentum distribution of Ar2+ along laser polarization is observed, which is
in strong contrast to the symmetry pattern observed in long pulses. It
indicates a CE phase sensitivity of NSDI in few-cycle pulses. The strong
dependence of the ion momentum distribution on the CE phase provides
a sensitive tool for CE phase diagnosis.
Methoden zur Untersuchung der nicht-sequentiellen Doppelionisation — •R. Wiehle, B. Witzel, P. Kaminski, W. Kamke und
H. Helm — Universität Freiburg, Institut für Physik
Der Prozess, welcher der nichtsequentiellen Doppelionisation zugrunde liegt ist noch immer nicht vollständig bekannt. Im sogenannten
Rückstreumodell wird angenommen, dass erst ein Elektron durch das
Laserfeld abgelöst und dann im oszillierenden elektrischen Feld des Lasers zum Ion zurückbeschleunigt wird. Durch die Wechselwirkung wird
ein weiteres Elektron entweder direkt abgelöst oder angeregt und vom Laser ionisiert. Viele experimentelle Ergebnisse können mit diesem Modell
qualitativ verstanden werden. Ungeklärt ist, warum bei niedrigen Laserintensitäten bei denen die Energie eines zurückgestreuten Elektrons
nicht ausreicht, um das Ion anzuregen, dennoch doppelt geladene Ionen
beobachtet werden [1].
Wir zeigen Messungen, bei denen Elektronen und Ionen nachgewiesen
werden, die im Fokus eines IR-Kurzpuls-Lasers erzeugt wurden. Photoelektronen werden mittels eines Bildspektrometers energie- und winkelaufgelöst detektiert, für die Ionen wird ein TOF-Spektrometer benutzt. Variiert werden Laserintensität und -wellenlänge. Charakteristische Strukturen in den Elektronenspektren können mit dem Auftreten
doppelt geladener Ionen in Verbindung gebracht werden. In einem Koinzidenz Experiment werden nur die Elektronen aufgenommen, die von
einer Doppelionisation stammen.
[1] Wiehle and Witzel, PRL 89, 0223002
Double ionization in high-intensity ultrashort laser pulses: influence of the molecular structure — •Ekaterina Eremina1 , H.
Rottke1, X. Liu1 , W. Sandner1 , M.G. Schätzel2 , A. Dreischuh2 ,
G.G. Paulus2 , H. Walther2 , R. Moshammer3 , and J. Ullrich3
— 1 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2A, 12489 Berlin — 2 Max-PlankInstitut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching —
3
Max-Plank-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
We investigated double ionization of the homonuclear diatomic
molecules N2 and O2 in high-intensity laser pulses by using coincident
electron-ion momentum spectroscopy. We employed 35 fs laser pulses
with central wavelength at 800 nm in the regime of light intensities where
non-sequential double ionization (NSDI) is expected. We observed a pro-
Effizienzsteigerug eines 2D ortsempfindlichen Elektronendetektors fuer hochenergetische Elektronen im ESR — •Muaffaq Nofal1 , Margerita Martin2,3 und Siegbert Hagmann1,4 — 1 Inst.
f. Kernphysik, Universitaet Frankfurt — 2 GSI-Max Planckstr 1 64291
Darmstadt — 3Universidad de Salamanca — 4 Dep. of Physics,Kansas
State Univ. Manhattan, Ks USA
Das neue Null Grad-Elektronenspektrometer im ESR bildet Vektorimpulse von Elektronen aus der Targetzone mit Energien bis über 600keV
nach der Impulsanalyse auf einen 2D ortsempfindlichen Channelplate25
detektor mit 80mm Durchmesser ab. Dieser Detektor, der für niedere
Elektronenenergien entwickelt wurde/1/, ist mit einer multihitfähigen
2d ortsempfindlichen Anode versehen, die die Elektronenlawinen hinter
dem Channelplate-stack nachweist. Für hochenenergetische Elektronen
nimmt die Nachweiseffizienz der Channelplates jedoch stark ab. Wir haben den nutzbaren Einsatzbereich des Detektors durch eine geeignet angepasste Channelplatekonfiguration erhöht und werden erste Ergebnisse
vorstellen. 1 O. Jagutzki et al. NIM A477(2002)244-249
future.
[1] V.A. Dzuba, V.V. Flambaum, and J.S.M. Ginges, Phys. Rev. A 61,
062509 (2000); V.V. Flambaum, Phys. Rev. A 60, R2611, (1999).
Fano’s model in an external periodic perturbation: Exact analytical solution — •N.B. Sangouard, R.G. Unanyan, L. Plimak, and M Fleischhauer — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, 67653, Kaiserslautern, Germany
Decay of a discrete state into continuum when the amplitude of the
former is inverted periodically is investigated. A decaying ”Floquetresonance” solution of the Schrödinger equation valid for times large
compared to the inversion period is identified. The decay rate, i.e., the
imaginary part of the quasienergy of the ”Floquet resonance,” can be
controlled by changing the period of the perturbation. Interestingly, the
periodic inversions result in boundedness of the decay rate which stays finite for an arbitrarily strong coupling between the discrete state and continuum. This can have interesting applications in quantum computing,
interferometry, and coherent control of reaction optical memory storage,
dynamics.
A high-resolution detector for charge transfer experiments involving ultracold atoms — •Wenzel Salzmann, Helmut Rathgen, Roland Wester, and Matthias Weidemüller — Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104 Freiburg
We are setting up a new experiment to study ion-atom collisions using
lasercooled atoms as an ultracold target. Projectile ions with energies of
eV - keV pass through a magneto-optical trap where rubidium atoms are
stored at temperatures below 100µK[1]. Target atoms which are ionised
in the collision are momentum-analysed using Recoil-Ion-MomentumSpectroscopy (RIMS)[2]. The low target temperatures correspond to very
low momentum spreads of the rubidium atoms (δp < 0.01) which ensures
a high resolution measurement of the recoil ion momentum components.
We use this setup to examine several aspects of charge transfer reactions,
in particular dissociative charge transfer to diatomic molecular ions at
eV-keV energies. By using a defined projectile beam one can extract
detailed information from the recoiled ion about the internal electronic
state of the neutral molecule after the collision. The dissociated states
are analysed by detecting the neutral fragments and their kinetic energy.
In order to prepare the ions in a defined state they are stored in a linear
electrostatic ion trap at keV energies or in a Rf-trap at eV energies. The
status of the experiment is presented.
[1] M.v.d. Poel et al., Phys. Rev. Lett. 87, 12, 3202(2001).
[2] J.Ullrich et al., J. Phys. B,30, (1997), 2917-2974.
Abbremsung von SO2 mit zeitabhängigen elektrischen Feldern
— •Sebastian Jung, Christian Lisdat und Eberhard Tiemann
— Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1,
30167 Hannover, Germany
Da sich die für Atome sehr effiziente Methode der Laserkühlung nicht
allgemein auf Moleküle übertragen läßt, sind andere Ansätze zu deren
Erzeugung notwendig. Experimentell realisiert wurden die Bildung von
Molekülen aus kalten Atomen, Puffergaskühlung und die Abbremsung
von polaren Molekülen in Teilchenstrahlen mit elektrischen Feldern.
In unserem Experiment sollen SO2 -Moleküle mit der zuletzt genannten
Technik gebremst und gefangen werden. SO2 stellt aufgrund seiner großen
Masse eine Herausforderung dar, bietet aber die Möglichkeit, Photodissoziation zur Erzeugung von kaltem O und SO zu nutzen. Beide Fragmente entstehen in Triplett-Zuständen, die magnetisch gefangen werden
können. Photodissoziation in externen Feldern erlaubt die Untersuchung
von Feshbachresonanzen.
Der Stand der Experimente in Hinblick auf die Erzeugung eines kalten
Strahls wird dargestellt und Simulationen für elektrostatische Linsen und
den Abbremser beschrieben.
Fabrication of Atom Chips and their electrical properties —
•Sönke Groth1,2 , Peter Krüger1 , Stephan Wildermuth1 , Diana Mahalu2 , Israel Bar-Joseph2 , and Jörg Schmeidmayer1 —
1
Physikalisches Institut, Heidelberg, Germany — 2 Weizmann Institute of
Science, Rehovot, Israel
Atom Chips are used to trap neutral atoms and cool them by laser
and evaporative cooling even to BEC. The advantages of atom chips are
smooth surfaces for non scattered laser reflection, high current densities
up to 107 A/cm2 , micro shaped wires for exactly defined potentials, wire
thickness from nm to µm scale and serial production.
A high quality preparation process based on nanofabrication lithography capable of structures ∼ 1 µm is shown, which achieves the mentioned criteria. Electrical properties of these atom chips are investigated
for measurements of wires with different aspect ratios on several substrates. The heat conductivity of the substrate is of importance for the
lifetime of the wire. The technology aspects for miniaturised quantum
manipulation atom optics are discussed.
Quasi-one-dimensional Bose and Femi gases under external confinement — •Doerte Blume1 , Grigori Astrakharchik2 , Stefano Giorgini2 , and Brian Granger3 — 1 Department of Physics,
Washington State University, Pullman, Washington 99164-2814, USA —
2
Dipartimento di Fisica, Universita di Trento and BEC-INFM, I-38050,
Povo, Italy — 3 Department of Physics, Santa Clara University, California
95053, USA
Bose gases confined in highly-elongated harmonic traps are investigated over a wide range of interaction strengths using quantum Monte
Carlo techniques. We find that the properties of these gases are well reproduced by a 1d model Hamiltonian with contact interactions. We point
out the existence of a unitary regime, where the properties of the quasi1d Bose gas become independent of the actual value of the 3d scattering
length. In this unitary regime, the energy of the system is well described
by a hard rod equation of state. The stability of quasi-1d Boses gases with
positive and negative 3d scattering length is discussed. We contrast the
behaviors of quasi-1d Bose gases with those of quasi-1d two-component
Fermi gases and quasi-1d spin-polarized Fermi gases.
Trapping of heavy alkaline earth elements — •Umakanth
Dammalapati, Gerald Ebberink, Klaus Jungmann, and Lorenz
Willmann — Kernfysisch Versneller Instituut, Zernikelaan 25, 9747
AA Groningen, The Netherlands
We are working toward a search for a permanent electric dipole moment
(edm) of a fundamental particle. An edm, which violates time reversal
symmetry (T) as well as the combination of charge conjugation symmetry
(C) and parity (P), is an unambiguous signal for physics beyond the standard model. Some short lived radioactive elements and the techniques for
trapping and cooling of atoms offer new possibilities for edm searches. At
the KVI a facility for producing short lived radioactive isotopes (TRIµP)
is being set up. Here, the heavy alkaline earth element radium will be
produced. Radium promises to have a high sensitivity for edm searches
because of a large enhancement due to the unique level structure, which
exhibits almost degenerate P and metastable D states [1]. In order to
learn and develop the spectroscopic techniques and trapping tool, we are
working in parallel with barium, which has a level scheme very similar
to radium. As a first step we will measure the lifetime of the metastable
D-states as well as their hyperfine structure splitting. Once radium is
available at KVI we will use our experience to do this spectroscopy with
radium. We report on the status of the experiment and prospects for the
Experiment for the preparation of an ultracold dense gas
of Rydberg atoms — •Markus Reetz-Lamour1 , Kilian
Singer1 , Thomas Amthor1 , Simon Fölling2 , and Matthias
Weidemüller1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104
Freiburg — 2 Johannes-Gutenberg-Universität, 55128 Mainz
We report on an experiment, which is designed to investigate manybody effects in a dense gas of cold Rydberg atoms. Our setup consists
of a very compact vacuum system where 108 87 Rb atoms at a density
of 1010 cm−3 are confined in a magneto-optical trap. The magnetic field
is provided by coils inside the vacuum, the atoms are loaded from dispensers. After trapping and cooling down to 1µK with degenerate 3D
Raman sideband cooling [1] the atoms are excited via a 2-photon transi26
tion to Rydberg states (n = 40 . . . ∞) with two narrow-bandwidth diode
laser systems. The excited atoms are detected by field ionization.
We present our technological approach and first measurements aimed at
the observation of the ”dipole blockade”[2]. This interaction effect is a
preliminary step towards quantum computation with Rydberg atoms.
The perspectives of the experiment for many-body physics will be discussed.
[1] P. Treutlein et al., Phys. Rev. A. 63, 051401R (2001).
[2] M. D. Lukin et al., Phys. Rev. Lett. 87, 037901 (2001).
[2] R. Moshammer et al., Nucl. Inst. Meth. B 108, 425 (1996); H. Kollmus
et al., Nucl. Inst. Meth. B 124, 377 (1997)
TRIµP - Trapped Radioactive Isotopes as µicrolaboratories for
fundamental Physics — •U. Dammalapati, G.P. Berg, P. Dendooven, O. Dermois, G. Ebberink, M.N. Harakeh, R. Hoekstra, L. Huisman, H.H. Kiewiet, R. Morgenstern, J. Mulder,
A. Rogachevskiy, M. Sanchez-Vega, M. Sohani, R.G. Timmermans, E. Traykov, L. Willmann, H.W. Wilschut, and K. Jungmann — Kernfysisch Versneller Instituut, Rijksuniversiteit Groningen,
Netherlands
At KVI a new facility is being set up which aims for trapping radioactive isotopes to study fundamental interactions in physics using
combined atomic and nuclear physics methods. Radioactive nuclides are
created with ion beams from the superconducting cyclotron AGOR in inverse kinematics and fragmentation reactions. A broad range of possible
products can be separated from the primary beam in a magnetic double
recoil and fragment separator system. The isotopes of interest will be
slowed down in matter and further cooled, confined and bunched using
a segmented radiofrequency quadrupole device. Singly charged species
are guided to experimental stations. After neutralization the atoms will
be optically cooled and stored in atom traps (e.g. MOTs) The research
program pursued by the local KVI group includes precision studies of nuclear β-decays, through β–neutrino (recoil nucleus) correlations, parity
violation in atoms and searches for permanent electric dipole moments.
Commissioning of the separator facility is foreseen in the course of the
year 2004, where after it will be open for use by outside scientific groups.
Atomic beam splitters using multistate adiabatic passage
— •Monika Pietrzyk1 , Razmik Unanyan1 , Michael Fleischhauer1 , Klaas Bergmann1 , and Bruce Shore2 — 1 Fachbereich
Physik, Technische Universiteat Kaiserslautern — 2 618 Escondido
Circle, Livermore CA
We describe a technique for creating a superposition of degenerate
quantum states of atoms or molecules by manipulating the polarization
of three pulsed laser beams. We consider an atomic beam splitter using
levels of the metastable neon Ne* atoms with J=2 and J=1. The proposed technique is a generalization of the simulated Raman adiabatic
passage (STIRAP) technique, and thus is insensitive to decoherence due
to spontaneous emission. It is also robust with respect to small variations
of the intensity and timing of the laser fields. The implementation of a
Hadamard gate based on the proposed method will be discussed.
Electronic Structure of Atoms in Magnetic Quadrupole Traps
— •Igor Lesanovsky1 , Jörg Schmiedmayer1 und Peter Schmelcher1,2 — 1 Universität Heidelberg- Physikalisches Institut, Philosophenweg 12, 69120 Heidelberg — 2 Universität Heidelberg-Physikalisch Chemisches Institut, INF 229, 69120 Heidelberg
For the manipulation of ultra-cold atoms magnetic fields play an essential role. As long as the spatial variation of the magnetic field are much
less than the typical atomic length scale an atom behaves like a neutral
particle coupling to the external field by its total spin only. For Rydberg
atoms this does not hold and the coupling of the charge of the atomic
constituents has to be taken into account. We investigate the electronic
structure of atoms exposed to a magnetic quadrupole field. Here, in contrast to the homogeneous field, the spin and spatial degrees of freedom
are coupled leading to unique properties of the electronic states. An inspection of the systems symmetries reveals a two-fold degeneracy of the
electronic states in the presence of the field. We analyze both low-lying
and highly excited states over a broad regime of field gradients. The delicate interplay between the Coulomb and various magnetic interactions
leads to complex patterns of the spatial spin polarization of individual
excited states. We also study electromagnetic transitions and point out
differences to the electromagnetic spectrum observed in a homogeneous
magnetic field. Furthermore we show that the magnetic quadrupole field
induces a permanent state dependent electric dipole moment of the atom.
Non-dispersive Wavepackets in Wannier-Stark Systems — •D.
Witthaut, T. Hartmann, S. Mossmann, and H. J. Korsch —
Fachbereich Physik, TU Kaiserslautern
We discuss the dispersion of wavepackets in Wannier-Stark systems,
consisting of a space-periodic potential and possibly time-dependent
fields, both analytically and numerically.
In static 1D systems wavepackets perform a dispersionless periodic motion (Bloch oscillation), while dispersion generally occurs in driven systems. Nevertheless one can construct systems that show a dispersionless
motion and even dispersionless transport for certain initial conditions.
In 2D systems the dispersion depends crucially on the direction of
the static field with respect to the lattice, being generally much smaller
than in field-free systems. We analyze the origin of this small systematic
dispersion and its dependence on the field direction.
Fano’s model in an external periodic perturbation: Exact analytical solution — •N.B. Sangouard, R.G. Unanyan, L. Plimak, and M Fleischhauer — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, 67653, Kaiserslautern, Germany
Decay of a discrete state into continuum when the amplitude of the
former is inverted periodically is investigated. A decaying ”Floquetresonance” solution of the Schrödinger equation valid for times large
compared to the inversion period is identified. The decay rate, i.e., the
imaginary part of the quasienergy of the ”Floquet resonance,” can be
controlled by changing the period of the perturbation. Interestingly, the
periodic inversions result in boundedness of the decay rate which stays finite for an arbitrarily strong coupling between the discrete state and continuum. This can have interesting applications in quantum computing,
interferometry, and coherent control of reaction optical memory storage,
dynamics.
Eine Lithium-MOT als Target für Ionisationsexperimente —
•Jochen Steinmann, Martin Dürr, Cornelia Höhr, Alexander
Dorn und Joachim Ullrich — Max-Planck-Institut für Kernphysik,
Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Die Dynamik von Vielteilchenquantensystemen läßt sich in kinematisch vollständigen Experimenten zur Stoßionisation von Atomen, in denen die Impulse aller beteiligten Fragmente bestimmt werden, im Detail
untersuchen.
Wesentlich, besonders zur Überprüfung von theoretischen Ansätzen,
sind dabei Daten für möglichst einfache und im Endzustand strukturlose Targetatome. Für die in der Vergangenheit eingehend untersuchte
Einfach- und die Doppelionisation sind dies Wasserstoff bzw. Helium
[1]. Das Ziel dieser Arbeit ist die Durchführung erster Experimente zur
Doppel- und Dreifachionisation am nächst komplizierten Target Lithium
(mit drei Hüllenelektronen). Dazu wird zur Zeit eine magnetooptische
Falle (MOT) basierend auf einem Diodenlasersystem aufgebaut. Die effiziente Beladung der Falle erfolgt mit einem Zeeman-Abbremser. Zur
Impulsspektroskopie der Reaktionsfragmente nach Ionisation im Teilchenstoß (Elektronen, Ionen) oder durch intensive fs-Laserpulse wird die
MOT in ein Reaktionsmikroskop integriert [2].
Diffusions Quanten Monte Carlo Methode für Atome in starken
Magnetfeldern — •Steffen Bücheler, Jörg Main und Günter
Wunner — Institut für Theoretische Physik, Teilinstitut I, Universität
Stuttgart, Pfaffenwaldring 57/4, 70550 Stuttgart
Die Spektren leichter Atome in starken Magnetfeldern (Neutronensternmagnetfeldern) sind in der Astrophysik von großer Bedeutung.
Die Lösung der Schrödinger-Gleichung und damit die Berechnung der
Grundzustandsenergie und angeregter Zustände erfolgt durch Anwendung der Diffusions Quanten Monte Carlo Methode, die mit der Simulation durch Walker“ einhergeht, welche die Dichte der Wellenfunktion
”
~ τ ) darstellen.
Φ(R,
Die Transformation der Schrödinger-Gleichung in
[1] Dorn et al., Phys. Rev. Lett. 86, 3755 (2001)
27
imaginärer Zeit τ ergibt eine Diffusionsgleichung, die sowohl die Propagation, als auch die Erzeugung/Vernichtung ( Branching“) der Walker
”
beschreibt. Die Einführung einer geeigneten Führungswellenfunktion ΨG
wird Importance Sampling“ genannt. Die angeregten Energiezustände
”
werden durch die Lösung eines verallgemeinerten Eigenwertproblems unter Hinzunahme von Basisfunktionen ermittelt. Die numerisch ermittelten Energieeigenwerte relaxieren dabei asymptotisch gegen die exakten.
Erste Ergebnisse werden am Beispiel des Wasserstoffatoms im starken
Magnetfeld demonstriert.
erhaltung nicht vereinbar. Diese erfordert, dass der relativistische Anteil der Masse nur zu Lasten der Ruhemasse anwachsen kann, die Masse insgesamt demzufolge konstant bleibt. Soweit die Aufspaltung von
Spektrallinien auf dieses vermeintliche Phänomen gestützt wird, sind
die entsprechenden Darstellungen misskonzeptionell. Gleiches gilt für die
im Rahmen des Sommerfeldschen Atommodells erhobene Behauptung,
dass der Bahndrehimpuls nicht verschwinden könne, weil dies zur Kollision mit dem Atomkern führe. Zum einen ist der Bahndrehimpuls von
s-Elektronen bekanntlich Null. Zum anderen ist auch aus Sicht der klassischen Vorstellung nicht erkennbar, was ein Elektron an der Durchquerung
des Kerns hindern soll.Es sei denn, man akzeptiert, dass sich die Ruhemasse bei Annäherung in dem Maße vermindert, wie der relativistische
Anteil der Masse anwächst. In der Konsequenz dieser Überlegung verschwindet das Elektron, da seine Ruhemasse beim Unterschreiten eines
Abstands von etwa einem Femtometer vollständig aufgezehrt ist.
Missverständnisse um die Elektronenmasse — •Friedrich Karl
Schmidt — Saure Wiese 9, 51766 Engelskirchen
Teile der Standardliteratur pflegen einen unkritischen Umgang mit
dem Massebegriff. So ist die Annahme, dass sich die Masse eines Elektrons bei Annäherung an den Atomkern vergrößere, mit der Energie-
A 16 Multiphotonionisation I
Raum: HS 133
A 16.1 Do 14:00 HS 133
Ionisation dynamics in the transition regime between nonrelativistic and relativistic laser intensities — •Elena Gubbini1 ,
Ulli Eichmann1,2 , and Wolfgang Sandner1,2 — 1 Max Born Institute, Max-Born-Strasse 2a, 12489 Berlin — 2 Technical University Berlin,
D-10623 Berlin
For a better understanding of the physical processes that are playing
a role during a short pulse laser-atom interaction, an interesting investigation is the ionisation of rare gases at ultra-strong laser intensities in
the transition regime between a non relativistic and a fully relativistic
treatment of the electron dynamics (1016 W/cm2 to 1018 W/cm2 ). Here,
the ionised electrons are not yet relativistic, but it can be shown that the
influence of the magnetic field component is no more negligible.
We have investigated the intensity dependent ionisation yields for
highly charged states of different rare gases (i.e., Nen+ ; n = 6, 7, 8).
Comparison of the experimental data with a theory based on tunneling
(ADK-theory) suggests that dominant ionisation occurs via a sequential
process. A classical calculation of the trajectories of an electron in an
electro-magnetic field (F = q(E + v × B)) confirms that already for intensities that are not yet relativistic, the magnetic field influences the
rescattering of the electron. It reduces the non-sequential ionisation observable otherwise at laser intensities below 1016 W/cm2 .
ignition“-Prozess erst in Gang setzen.
A 16.4 Do 14:45 HS 133
Nonsequential double ionization with few-cycle laser pulses —
•C. Figueira de Morisson Faria1 , X. Liu2 , A. Sanpera1 , and
M. Lewenstein1 — 1 Institut für theoretische Physik, Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover — 2 Max-Born-Institut, Max-BornStr. 2A, 12489 Berlin
We perform theoretical investigations of non-sequential double ionization (NSDI) with linearly polarized, few-cycle pulses, taking into account
electron-impact ionization both classically [1] and quantum-mechanically
[2]. In the latter case, we adddress the problem within the Strong-Field
Approximation using saddle-point methods. We show that the yields in
the plane (p1|| , p2|| ) of the electron momentum components parallel to
the laser-field polarization are highly asymmetric, and strongly dependent on the phase difference between the carrier oscillation of a few-cycle
pulse and its envelope. In fact, there exists a critical phase, around which
such distributions change both their sign and shape in a radical fashion. This effect is caused by the interplay between the phase space and
the tunneling probability for the first electron, and is far more extreme
than those observed for other high-intensity phenomena, as for instance
high-order harmonic generation and above-threshold ionization. Thus,
non-sequential double ionization can be used as a tool for absolute-phase
measurements which is, in principle, more efficient than existing schemes.
[1] X. Liu and C. Figueira de Morisson Faria, physics/0310120.
[2]C. Figueira de Morisson Faria, A. Sanpera and M. Lewenstein, in
preparation.
A 16.2 Do 14:15 HS 133
Nichtlineare Elektron-Positron-Paarerzeugung mit Einfang
des Elektrons in hochenergetischen Kern-Laser-Stößen —
•Carsten Müller1 , Alexander B. Voitkiv2 und Norbert
Grün1 — 1 Institut für Theoretische Physik, Justus-Liebig-Universität,
Heinrich-Buff-Ring 16, 35392 Gießen — 2 Max-Planck-Institut für
Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg
Wir untersuchen die Paarerzeugung mit K-Schalen-Einfang im Stoß
eines schweren Kerns mit einem intensiven Röntgenlaserstrahl [1]. Die
Parameter des Stoßsystems sind so gewählt, dass zur Überwindung der
energetischen Reaktionsschwelle mindestens zwei Photonen aus der Laserwelle absorbiert werden müssen. Aus unseren Ergebnissen über die totale Produktionsrate und die Verteilung der erzeugten Positronen schließen wir, dass die experimentelle Beobachtung des betrachteten Prozesses
mit Hilfe der sich bei SLAC und DESY in der Entwicklung befindenden
Röntgenlaseranlagen in naher Zukunft möglich werden sollte.
[1] C. Müller, A. B. Voitkiv und N. Grün, Phys. Rev. Lett. 91, 223601
(2003).
A 16.5 Do 15:00 HS 133
Electron-electron dynamics in laser-induced nonsequential ionization — •C. Figueira de Morisson Faria1 , X. Liu2 , H. Schomerus3 , and W. Becker2 — 1 Institut für theoretische Physik, Universität
Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover — 2 Max-Born-Institut, MaxBorn-Str. 2A, 12489 Berlin — 3 Max-Planck Institut für Physik komplexer Systeme, Nöthnizer Str. 38, 01187 Dresden
We address laser-induced nonsequential double ionization (NSDI) by
linearly polarized fields, considering rescattering impact ionization within
the strong-field and uniform approximations. More specifically, we analyze the footprints of the interaction by which the returning electron frees
the bound electron. We adopt either a (three-body) contact interaction
or a Coulomb interaction, and we do or do not incorporate the mutual
Coulomb repulsion of the two electrons in their final state. In particular,
we investigate the correlation of the electron momentum components
parallel to the laser-field polarization, with the transverse momentum
components either restricted to certain finite ranges or entirely summed
over. We show that the type of electron-electron interaction mainly influences the yields for small transverse momenta of both electrons. Thus,
experiments in this regime should be particularly promising in the elucidation of the dynamics of NSDI. Moreover, a classical approximation of
the quantum-mechanical S-matrix is formulated and shown to work very
well inside the classically allowed region.
(physics/03012052)
A 16.3 Do 14:30 HS 133
Ionisationsdynamik von Clustern in Laserfeldern — •Dieter
Bauer — Max-Born-Institut, Berlin
Vorgestellt werden Ergebnisse aus Molekulardynamiksimulationen von
Clustern in Laserfeldern unterschiedlicher Wellenlänge. Neben Resultaten für 800 nm wird insbesondere auf die Erzeugung der überraschend
hohen Ladungszustände in Xenonclustern bei 98 nm und moderaten Laserintensitäten, wie sie bei Experimenten am FEL in Hamburg [Wabnitz
et al., Nature 420, 482 (2002)] beobachtet wurden, eingegangen. Eine
herausragende Bedeutung für die effiziente Absorption von Laserenergie
kommen den ersten freigesetzten Elektronen zu, da sie den ionization
”
28
A 16.6 Do 15:15 HS 133
Nondispersive wave packets in the driven 2D helium atom —
•Javier Madronero und Andreas Buchleitner — Max-PlanckInstitut für Physik komplexer Systeme, Noethnitzer Str. 38, 01187 Dresden
Nondispersive two-electron wave packets are found in the Floquet spectrum of the driven, two dimensional helium atom. Our ab initio quantum
treatment combines Floquet theory, complex dilation, and the representation of the Hamiltonian in suitably chosen coordinates [1], without
adjustable parameters. It is equally well adapted to treat the excitation
and ionization of ground state atoms by optical fields as of doubly excited Rydberg states under radiofrequency driving. The resulting complexsymmetric, sparse banded generalized eigenvalue problem of rather high
dimension is solved using advanced techniques of parallel programming,
on one of the largest parallel supercomputers, the Hitachi SR8000-F1 at
the Leibniz-Rechenzentrum of the Bavarian Academy of Sciences.
[1] L. Hilico et al., Phys. Rev. A 66, 022101 (2002).
The theoretical description of relativistic effects and quantum electrodynamic corrections to dynamical processes is necessitated by the ever
growing light intensity available at today’s laser facilities [1]. The dynamical character of the laser-induced processes leads one naturally to
the question: Standard S-matrix theory tells what is going on in the distant past as well as in the distant future, but what is going on in the
middle? The answer is provided by numerical simulations of electrons
in super-intense fields, including quantum relativistic effects [2]. These
allow for an accurate understanding of the electron motion in an intense
field, including rescattering. A further aspect of considerable theoretical
interest are radiative corrections to dynamical processes in the region of
the interplay between the strong atom-laser coupling, and the relatively
weak interaction of the atom with the virtual quanta of the radiation
field. A careful analysis leads to nontrivial modifications of the Lamb
shift [3] which can only be understood if the problem is treated within
the framework provided by laser-dressed states.
[1] C. J. Joachain, M. Dörr, und N. Kylstra, Adv. Atom. Mol. Opt. Phys.
42, 225-286 (2000).
[2] G. Mocken und C. H. Keitel, Phys. Rev. Lett. 91, 173202 (2003).
[3] U. D. Jentschura, J. Evers, M. Haas, und C. H. Keitel, Phys. Rev.
Lett., in press (2003/2004).
Gruppenbericht
A 16.7 Do 15:30 HS 133
QED and non-dipole effects in strong laser-matter interaction —
•U. D. Jentschura, G. Mocken, A. Staudt, J. Evers, M. Haas,
M. Klaiber, M. Ruf, and C. H. Keitel — Theoretische Quantendynamik, Universität Freiburg
A 17 Fallen und Kuehlung
Raum: HS 132
A 17.1 Do 16:30 HS 132
Untersuchungen zur Form und Struktur gebunchter kristalliner
Ionenstrahlen — •Michael Bussmann, Ulrich Schramm, Florian Horak und Dietrich Habs — Ludwig-Maximilians-Universität
München
Untersuchungen der Form und Struktur gebunchter kristalliner Ionenstrahlen im RF-Quadrupol-Speicherring PALLAS [1] zeigen deutliche
Abweichungen der gemessenen logitudinalen Ausdehnung langestreckter Strukturen im Vergleich zu Vorhersagen für raumladungsdominierte Strahlen [2]. Der Phasenübergang in einen kristallinen Zustand wird
durch die Laserkühlung der Ionen in einem dreidimensionalen harmonischen Einschluss erreicht.
Eine neue computer-gestützte Simulation dieses Phasenübergangs sowie
der Ausbildung dreidimensionaler kristalliner Strukturen berücksichtigt
realistische Kühlkräfte und basiert auf der parallelen Berechnung der
Coulomb-Wechselwirkung der eingeschlossenen Ionen.
Darüber hinaus wird eine Methode zur Stabilisierung der Strahlgeschwindigkeit vorgestellt, die die Bestimmung der Korrelation der Teilchen
im Strahl ermöglicht. Als Beispiel dient die Messung eines SchottkySignals anhand des Fluoreszenzlichts der Ionen – ähnlich dem SchottkyRauschen, wie es an großen Speicherringen zur Strahlanalyse dient.
[1] T. Schätz et. al., Crystalline Ion Beams, Nature (London) 412, 717
(2001)
[2] M. Bussmann et. al., Structural changes in bunched crystalline ion
beams, Journal of Physics A 36 6119 (2003)
energie des Nd:YAG-Lasers beeinflussen, dessen Pulsenergie im Bereich
von 200 µJ variabel eingestellt werden kann. Auf diese Weise können mit
einem einzigen Laserpuls genauso Ca+ -Ionenwolken mit Durchmessern
von mehr als einem mm wie auch wenige einzelne Ca+ -Ionen in die Falle
geladen werden.
A 17.3 Do 17:00 HS 132
Eigenmodes spectrum of a Coulomb chain in a harmonic potential — •Giovanna Morigi1 and Shmuel Fishman2 — 1 Abteilung
Quantenphysik, Universitaet of Ulm, Albert-Einstein-Allee 11,D-89069
Ulm — 2 Department of Physics, Technion, 32000 Haifa, Israel
The density of electrically charged atoms trapped in a harmonic potential in one dimension is not uniform. Consequentely the eigenmodes are
not phonons. We calculate the long wavelength modes in the continuum
limit, and evaluate the density of states for chains of N 1 ions. Remarkably, the eigenmodes give already a good estimate of the spectrum
of excitations of a chain of 10 ions. The results are used to compute the
thermodynamic functions of the chain.
A 17.4 Do 17:15 HS 132
HITRAP - Technisches Design einer Falle für hochgeladene Ionen — •Thomas Beier, Ludwig Dahl, H.-Jürgen Kluge, Christophor Kozhuharov und Wolfgang Quint — GSI, Planckstr. 1,
64291 Darmstadt
Die Beschleunigeranlagen der GSI können Ionen bis zum nackten Uran
(U92+ ) erzeugen. Mittels HITRAP können diese Ionen eingefangen und
auf kryogene Temperaturen abgekühlt und Experimenten zur Verfügung
gestellt werden.
Es wird ein detaillierter Plan zum Aufbau von HITRAP vorgestellt, der vom Abbremsen der Ionen im Experimentierspeicherring
ESR und “umgekehrt” betriebenen linearen Beschleunigerkavitäten
zur Falle reicht, wo die letzte Stufe der Kühlung durch Elektronenund Widerstandskühlung erfolgt. Der Anwendungsbereich dieser hochgeladenen ultrakalten Ionen reicht von neuartigen Ion-OberflächenWechselwirkungsstudien über Stoßexperimente mit Reaktionsmikroskopen bis hin zu Präzisionsspektroskopie an einem einzelnen Ion in der
Falle. HITRAP wird gefördert von der EU unter HPRI-CT-2001-50036.
A 17.2 Do 16:45 HS 132
Laden einer linearen Paul-Falle mit Hilfe eines lasererzeugten
Ablationsplasmas — •Tomasz Kwapien1 , Marten Piantek1 , Ulli Eichmann1,2 und Wolfgang Sandner1,3 — 1 Max Born Institut,
Max Born Str. 2a, 12489 — 2 TU Berlin, Institut für Atomare Physik und
Fachdidaktik, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin — 3 TU Berlin, Optisches
Institut, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin
Beim Laden einer Ionenfalle werden für gewöhnlich neutrale Atome
eines effusiven Teilchenstrahls im Fallenzentrum durch Elektronenstoß
oder durch Photoionisation ionisiert.
Wir präsentieren hier eine Möglichkeit zur schnellen Füllung einer linearen Paul-Falle mit Ca+ -Ionen eines laserpulsinduzierten Ablationsplasmas. Zum Laden der Falle genügt ein einzelner 10 ns langer Puls eines
Nd:YAG-Lasers, der auf ein Calciumtarget fokussiert wird. Ein Teil der
so erzeugten Ionen wird in einer Dreisegmentfalle ohne eine zusätzliche
Steuerung der Fallenfelder eingefangen. Die gefangenen Ionen werden
durch Fluoreszenzlichtnachweis kontinuierlich beobachtet oder mit einem
Ionendetektor in einem destruktiven Verfahren nachgewiesen.
Die Anzahl der eingefangenen Ca+ -Ionen lässt sich sowohl über die
Potentialtiefe der Falle zum Laserpulszeitpunkt als auch über die Puls-
A 17.5 Do 17:30 HS 132
Instabilitäten in einer linearen Paulfalle — •Alexandros Drakoudis, Martin Söllner und Günther Werth — Institut für Physik,
Johannes Gutenberg-Universität Mainz, 55099 Mainz
Für eine lineare Paulfalle kann analog zu einer hyperbolischen Falle
[1] ein Speicherdiagramm - aufgespannt durch die dimensionslosen Parameter q und a - für die radiale Speicherung angegeben werden. Durch
29
Feldanteile höherer Ordnung wird das harmonische Potential gestört
und es kommt durch Kopplung der Bewegungsmoden zu Regionen mit
schlechterer Speichereffizienz. Zur systematischen experimentellen Untersuchung des Speicherbereichs wird eine relativ kleine Zahl (ca. 50)
lasergekühlter 40Ca+ -Ionen in einer linearen Falle gespeichert. Zu verschiedenen q-Werten werden durch Variation einer zusätzlichen, radialen Gleichspannung Schnitte entlang des Parameters a gelegt. Die mit
einem Photomultiplier aufgenommene Fluoreszenz zeigt für bestimmte
Speicherparameter Einbrüche. Durch Messung der Radialfrequenzen und
durch Vergleich der Messungen mit einem numerisch berechneten Speicherdiagramm können diese Einbrüche mit bestimmten Ordnungen der
Störpotentiale identifiziert werden. Ferner werden Einflüsse des axialen
Speicherfeldes auf die radiale Speichereffizienz untersucht.
[1] R. Alheit et al. Phys. Rev. A 56, 4023 (1997)
Die Manipulation der Bewegung polarer Moleküle durch inhomogene
elektrische Felder ist aufgrund einer Vielzahl von Experimenten mit moleküloptischen Elementen allgemein bekannt. Molekularstrahlen können
durch einen Hexapol mittels elektrostatischer Felder fokussiert, ebenso
kann die Geschwindigkeit der Moleküle eines Molekularstrahls im Laborsystem durch zeitabhängige elektrische Felder mit einem sogenannten
Stark-Decelerator über einen weiten Bereich variiert werden.[1]
Mit einer Mikrostruktur als elektrostatischem Spiegel für polare
Moleküle kann ein Molekularstrahl von ND3-Molekülen mittels des
Stark-Effekts in senkrechter Inzidenz reflektiert werden. Durch eine
zeitliche Schaltung des Spiegels kann die Reflektion auf einen beliebigen
Teil von Molekülen beschränkt werden.
A 17.6 Do 17:45 HS 132
Synchronisation in der Zajfman–Falle: Mechanismus und Stabilitätskriterien — •Tihamér Geyer1 und David J. Tannor2 —
1
Zentrum f. Bioinformatik, Univ. d. Saarlandes, D–66041 Saarbrücken
— 2 Dept. of Chem. Physics, Weizmann Inst. of Science, Rehovot 76100,
Israel
Vor kurzem wurde von Zajfman etal beobachtet, daß sich gleiche Ionen
in einer speziellen elektrostatischen Falle, der “Zajfman–Falle”, nicht abstossen; der eingeschossene Ionenpuls ist für makroskopische Zeiten stabil
[Pedersen etal, Phys. Rev. Lett. 87 (2001) 055001]. Als erste Anwendung diese Effekts wurde bereits ein “table–top”–Massenspektrometer
demonstriert, mit dem Auflösungen wie sonst nur in Speicherringen
möglich sind.
Wir stellen ein vereinfachtes Zwei–Ionen–Modells vor, das die Bewegung der beiden identischen Ionen mittels dreier (linearer) Abbildungen
beschreibt. Damit sind wir in der Lage, den zugrunde liegenden Mechanismus zu verstehen und die Stabilitätskriterien dieses “Bunching”–Regimes
zu bestimmen.
Das Modell lässt sich verallgemeinern und kann dann die grundlegende
Dynamik des kompletten makroskopische Ionenpulses beschreiben.
A 17.8 Do 18:15 HS 132
Die Erzeugung von Antiwasserstoff-Atomen — •Heiko Pittner1 , Maximilian Herrmann1 , Jochen Walz1 und Theodor W.
Hänsch1,2 für die ATRAP-Kollaboration — 1 Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748 Garching — 2LudwigMaximilians-Universität München, Schellingstraße 4/III, 80799 München
Ziel des ATRAP Experiments am Antiproton Decelerator (AD)
des CERN ist der präzise Vergleich von Übergangsfrequenzen
des Antiwasserstoff-Atoms mit denjenigen des gewöhnlichen
Wasserstoff-Atoms. Dies soll eine neuartige Prüfung der grundlegenden Materie/Antimaterie-Symmetrie mit den Methoden der
hochauflösenden Laserspektroskopie ermöglichen.
Die Erzeugung von kalten Antiwasserstoff-Atomen durch DreikörperRekombination ist im ATRAP-Experiment inzwischen Routine.
Um bei der künftigen Laserspektroskopie eine hohe Auflösung zu
erreichen, sollen die Antiwasserstoff-Atome in einer magnetischen
Falle gespeichert werden. Der Erzeugungsprozeß wurde im Hinblick
darauf detailliert untersucht. Die Zustandsverteilung der erzeugten
Rydberg-Antiwasserstoff-Atome wurde bestimmt und erste Messungen
der Geschwindigkeit der Antiwasserstoff-Atome wurden durchgeführt.
Darüber hinaus wurde ein alternativer Erzeugungsprozeß für kalte
Antiwasserstoff-Atome untersucht, der auf einem Ladungsaustausch im
Stoß von Rydberg-Positronium mit Antiprotonen beruht.
Wir berichten über die Ergebnisse der Strahlzeit in 2003 und diskutieren künftige Schritte zur magnetischen Speicherung von AntiwasserstoffAtomen.
[1] H. L. Bethlem and G. Meijer, Int. Rev. Phys. Chem. 22, 73 (2003)
A 17.7 Do 18:00 HS 132
Ein elektrostatischer Spiegel für neutrale Moleküle — •Stephan
Schulz1 , Hendrick L. Bethlem2 , Jacqueline van Veldhoven2 ,
Jochen Küpper1 , Horst Conrad1 und Gerard Meijer1,2 — 1 FritzHaber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg 4-6, D-14195
Berlin — 2 FOM-Instituut voor Plasmafysica ”Rijnhuizen”, Postbus 1207,
NL-3430 BE Nieuwegein
A 18 Multiphotonionisation II
Raum: HS 133
A 18.2 Do 16:45 HS 133
Intensive sub-10 fs Laserpulse für atomphysikalische Experimente — •Karl Zrost, Artem Rudenko, Vitor Luis Bastos
de Jesus, Thorsten Ergler, Claus Dieter Schröter, Robert
Mosshammer und Joachim Ullrich — Max Plank Institut für Kernphysik, Heidelberg
Zur Untersuchung der Fragmentations-Dynamik von Atomen und Molekülen in starken Lichtfeldern sind sehr kurze Laserpulse erforderlich.
Nur dann sind eindeutige Aussagen über die molekulare oder elektronische Dynamik auf Zeitskalen von Femto- oder gar sub-Femtosekunden
möglich. Moderne Lasersysteme liefern ausreichend intensive Pulse von
25 fs oder länger, wünschenswert sind 6 fs oder weniger (ein bis zwei optische Zyklen). Deren Erzeugung gelingt durch spektrale Verbreiterung des
Lichtes in einer gasgefüllten Hohlkapillare und anschließender Kompression in der Zeit mit einer Kombination aus dispersiven Spiegeln und/oder
einem Prismenkompressor. Mit dieser Methode wurden Pulslängen von
unter 6 fs ohne Verlust an Pulsleistung erzeugt.
Methoden zur Charakterisierung der Pulse sowie erste Ergebnisse zur
Ionisation von Atomen und Molekülen in intensiven sub-10 fs Laserpulsen
werden vorgestellt.
A 18.1 Do 16:30 HS 133
Photoionization of helium atoms irradiated with intense VUV
free-electron laser light: Multiphoton versus single photon
processes — •T. Laarmann1,2 , H. Wabnitz1 , J. Schulz1 , P.
Gürtler1 , W. Laasch1 , A. R. B. de Castro3 , and T. Möller1 —
1
HASYLAB at DESY, Notkestr. 85, 22603 Hamburg, Germany — 2 Max
Born Institute, Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin, Germany — 3 LNLS
13084-971 Campinas SP, Brazil
With the discovery of above-threshold ionization (ATI) in 1979 [1],
tremendous efforts both experimentally and theoretically have begun to
investigate highly non-linear phenomena in rare gas atoms irradiated
with intense optical fs-laser pulses. Very recently, the free-electron laser
(FEL) at DESY has opened the door to a new regime of strong-field
matter interaction in the vacuum-ultraviolet (VUV) [2]. This contribution reports on time-of-flight mass and photoelectron spectroscopy of He
atoms irradiated with 100 fs FEL pulses at 95 nm (∼13 eV). At peak
intensities of 1010 − 1013 W/cm2 , ionization of He is observed which is
due to both, non-linear multiphoton ionization with the fundamental and
single-photon ionization with 3rd harmonic radiation. The experimentally
observed photoemission lines will be discussed in the context of a theoretically predicted 3-photon ionization peak (ATI) and ionization processes
due to 3rd harmonic FEL light.
[1] P. Agostini et al., Phys. Rev. Lett. 42, 1127 (1979)
[2] H. Wabnitz et al., Nature 420, 482 (2002)
30
A 18.3 Do 17:00 HS 133
Mehrfachionisation von Edelgasatomen in intensiven ultrakurzen — •Bernold Feuerstein, Artem Rudenko, Karl Zrost, Vitor L. B. de Jesus, Claus Dieter Schröter, Robert Moshammer und Joachim Ullrich — Max-Planck-Institut für Kernphysik,
69117 Heidelberg, Saupfercheckweg 1
Mit einem hochauflösenden COLTRIM-Spektrometer (Cold Target
Recoil-Ion Momentum Spectroscopy) wurde die Mehrfachionisation von
Edelgasatomen (Ne, Ar) in intensiven, ultrakurzen Laserpulsen untersucht. Hierzu wurde ein Überschall-Atomstrahl in einem sog. Reaktionsmikroskop mit einem Ti:Sa-Laserstrahl (800 nm Wellenlänge) gekreuzt.
Erstmals konnten die Impulsverteilungen von zweifach bis vierfach geladenen Ar- bzw. Ne-Ionen für Intensitäten von 0.3 bis 2.0 PW/cm2 und
Pulslängen von 6 bis 23 fs gemessen werden. In der Form der Spektren zeigt sich eine Abhängigkeit von Intensität und Pulslänge. Erste Ergebnisse werden vorgestellt und im Hinblick auf die zugrunde liegenden
nicht-sequentiellen und sequentiellen Mechanismen zur atomaren Mehrfachionisation in starken Laserfeldern interpretiert.
sition of a weak infrared laser pulse and a short train of high harmonics
is calculated. Firrst-order perturbation theory is applied with respect
to either field, while the atom is treated exactly. It is shown that the
interference structure depends on the relative phases between adjacent
harmonics. This dependence, in principle, provides an opportunity to
measure the relative phases of high-order harmonics. This is necessary
for the control of temporal properties of short pulses of soft x-ray or ultraviolet radiation. Different possibilities for an experimental realization
of the measurement of relative phases are discussed in the light of the
theoretical results obtained.
A 18.6 Do 17:45 HS 133
Carrier-Envelope Phase Measurement using a Non Phase
Stable Laser — •Matthias Lezius1,2 , Kevin O’Keeffe1 , Peter
Jöchl1 , Herwig Drexel2 , Verena Grill2 , and Ferenc Krausz1
— 1 Institut für Photonik, Technische Universität Wien, Gusshausstr.
27/387, A-1040 Wien — 2 Institut für Ionenphysik, Universität
Innsbruck, Technikerstr. 25, A-6020 Innsbruck
We demonstrate that the phase between the carrier and the pulse envelope of a few-cycle laser pulse can be retrieved from non phase stable
laser systems, provided that such laser pulses are about 5 fs long and the
repetition rate is in the order of 1kHz. Our approach is based on online
determination of the phase using f − 2f interferometry. By a comparison of the self referencing interferometric signal with the photoelectron
current emitted into a 7 degree solid angle parallel to the laser polarization we obtain the absolute value of the carrier envelope phase provided
that Coulomb correction for electron energies below 10eV can be taken
correctly into account.
A 18.4 Do 17:15 HS 133
Single ionization of atoms in ultrashort intense laser pulses —
•Artem Rudenko, Claus Dieter Schröter, Karl Zrost, Vitor
L. B. de Jesus, Bernold Feuerstein, Robert Moshammer, and
Joachim Ullrich — Max-Planck-Institut für Kernphysik, Heidelberg
Single ionization of atoms in very intense laser fields is usually discussed in terms of field or tunneling ionization. There, the active electron
is assumed to be set free with almost zero kinetic energy via tunneling
before it is accelerated, gaining drift energy in the oscillating laser field.
This results in smooth and unstructured photoelectron energy distributions [1]. Recently, deviations from the simple tunneling picture were
observed experimentally for the emission of the ultra low-energy electrons from Ne [2]. Following these experimental findings we performed
systematic experimental studies for single ionization of He, Ne and Ar
atoms by 23 fs and 6 fs laser pulses over a wide range of intensities (up to
2 PW/cm2 ). Using our newly designed Reaction Microscope we were able
to resolve rich and so far unexplained structures in the electron momentum distributions at intensities well in the tunneling regime. The spectra
exhibit pulse length as well as target dependence. [1] N.B. Delone and
V.P. Krajnov, Phys. Usp. 41, 469 (1998) [2] R.Moshammer et al, Phys.
Rev. Lett. 91, 113002 (2003)
A 18.7 Do 18:00 HS 133
Die
Bedeutung
der
Phase
in
phasenmodulierten
Femtosekunden-Laserpuls-Sequenz-Experimenten,
studiert am Beispiel eines Zwei-Photonen-Überganges in Natrium
— •Andreas Präkelt, Matthias Wollenhaupt, Cristian
Sarpe-Tudoran und Thomas Baumert — University of Kassel,
Institute of Physics and Center for Interdisciplinary Nanostructure
Science and Technology (CINSaT), Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132
Kassel, Germany
In vielen Quanten-Kontroll-Experimenten werden Sequenzen von
Femtosekunden-Laserpulsen verwendet. Hierbei definiert der erste Puls
die quantenmechanische Referenzphase, während weitere Pulse, entsprechend ihren relativen Phasen, konstruktiv oder destruktiv interferieren.
Anhand des Zwei-Photonen-Übergangs (4s ←← 3s) in Natrium mit der
Natrium-D-Linie als experimentelle Observable stellen wir die Bedeutung dieser Phaseneffekte in Abhängigkeit sowohl der Verzögerung zwischen den Pulsen als auch spektraler Phasenmodulationen dar. Dabei
werden sowohl lineare Gruppenverzögerungs- und absolute Phasenmodulationen als auch komplexere Modulationen wie sinusförmige und πSprung-Modulationen untersucht.
A 18.5 Do 17:30 HS 133
Phase control of high-harmonic pulses in cross-correlation measurements — •Philip A. Korneev1 , Sergei V. Popruzhenko1 ,
and David F. Zaretsky2 — 1Moscow Engineering Physics Institute
(State University), 115409 Moscow, Russia — 2 Russian Research Center
“Kurchatov Institute”, 123182, Moscow, Russia
The interference structure of satellites in a photoelectron spectrum
produced in two-photon ionization of hydrogenlike atoms by a superpo-
31
MASSENSPEKTROMETRIE (MS)
Prof. Dr. Lutz Schweikhard
Institut für Physik
Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
Domstr. 10a
17487 Greifswald
Web: http://www6.physik.uni-greifswald.de
(Hörsaal HS 112)
Hauptvorträge
MS I
Mo
11:00
MS II
MS III
Mo
Mo
11:30
14:00
MS IV
Di
16:30
MS V
Do
11:00
MS VI
Do
11:30
MS VII
MS VIII
Do
Do
12:00
12:30
MS IX
Do
17:15
(HS 112)
Neue
Möglichkeiten
zur
Erzeugung
hochgeladener
Ionen,
Günter Zschornack, Ulrich Kentsch, Steffen Landgraf, Frank Grossmann, Vladimir Ovsyannikov, Falk Ullmann, Mike Schmidt, Horst Tyrroff
(HS 112) Multiphotonen Prozesse in Molekülen und Clustern, Jürgen Grotemeyer
(HS 112) Bayesian
Decomposition
of
Quadrupole
Mass
Spectra,
Thomas Schwarz-Selinger, Hyungdong Kang, Volker Dose
(HS 112) Mass Spectrometry with Electrostatic Ion Traps: Negative Mass Instability, Daniel Zajfman
(HS 112) Massenspektrometrische Untersuchung der katalytischen Reaktionen kleiner Edelmetallcluster in einer Tieftemperatur-Ionenfalle,
Thorsten M. Bernhardt
(HS 112) Spektroskopie an Metallclustern eingebettet in Helium–Nanotropfen,
Josef Tiggesbäumker
(HS 112) Decay mechanisms of activated metal clusters, Klavs Hansen
(HS 112) Free-electron-laser based IR spectroscopy of gas-phase cluster ions,
Gert von Helden, Andre Fielicke, Gerard Meijer
(HS 112) Erzeugung und Untersuchung mehrfach negativ geladener Metallcluster,
Alexander Herlert, Gerrit Marx, Lutz Schweikhard
Fachsitzungen
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Ionenquellen
Analytik und Spurenanalytik (Laser)
Beschleunigermassenspektrometrie (Anwendungen)
Beschleunigermassenspektrometrie (Entwicklung)
Elektrospray, Nanoteilchen und Aerosole
Hochaufgelöste und genaue Massenspektrometrie
Poster
Cluster
Anionische Systeme
Mo
Mo
Mo
Mo
Di
Di
Do
Do
Do
Mitgliederversammlung des Fachverbands Massenspektrometrie
Di 14:00–14:30
HS 112
Tagesordnung:
1. Bericht des Fachverbandsleiters
2. Tagungen 2004-2006
3. Verschiedenes
32
12:00–12:45
14:30–15:45
16:30–17:30
17:30–18:45
11:00–12:00
17:00–18:00
14:00–16:00
16:30–17:15
17:45–18:30
HS 112
HS 112
HS 112
HS 112
HS 112
HS 112
Schellingstr. 3
HS 112
HS 112
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
MS
1.1–1.3
2.1–2.5
3.1–3.4
4.1–4.5
5.1–5.4
6.1–6.4
7.1–7.10
8.1–8.3
9.1–9.3
Hauptvorträge
Hauptvortrag
This instability is due to the repulsive Coulomb interaction among the
stored particles, which in a counter-intuitive way lead to a quasi-coherent
motion. We will show that such an effect can be used to increase the mass
resolution of the system.
MS I Mo 11:00 HS 112
Neue Möglichkeiten zur Erzeugung hochgeladener Ionen —
•Günter Zschornack1 , Ulrich Kentsch1 , Steffen Landgraf1 ,
Frank Grossmann2 , Vladimir Ovsyannikov2 , Falk Ullmann2 ,
Mike Schmidt2 und Horst Tyrroff3 — 1 Technische Universität
Dresden, Institut für Angeandte Physik, Mommsenstrasse 13, 01062
Dresden — 2 Leybold Vakuum Dresden GmbH, Zur Wetterwarte 50,
01109 Dresden — 3 Forschungszentrum Rosssendorf e.V., Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, PF 510119, 01314 Dresden
Neue Möglichkeiten zur Erzeugung hochgeladener Ionen Es wird eine
Raumtemperatur-Ionenquelle (Dresden EBIT) vorgestellt, mit der hochgeladene Ionen über ein weites Ladungsspektrum für nahezu alle Elemente erzeugt werden können. Das Funktionsprinzip der Quelle beruht
auf der Elektronenstossionisation in hochdichten Elektronenstrahlen, wie
es bereits von kryogenen (supraleitenden)EBIT bekannt ist. Nachgewiesen wurde die Erzeugung von Ionen über alle Ladungszustände bis hin
zu vollständig ionisierten Atomen für Elemente bis Z=28, von bis zu
heliumähnlichen Ionen solcher Elemente wie Ge oder Kr und von neonähnlichen Ionen von beispielsweise Ce, Xe, W und Ir. Einzelne aus
der Quelle extrahierte Ionenladungsverteilungen werden diskutiert. Die
erhaltenen Resultate werden im Kontext zu anderen Ionenquellenentwicklungen dargestellt, wobei ein Vergleich mit alternativen Ionenquellen hinsichtlich Ionenladungspektren, Ionenströmen, Aufwand zur Erzeugung der Ionen und weiterer technischer Parameter erfolgt. Eine Charakterisierung möglicher Einsatzfelder der vorgestellten Ionenquelle wird
gegeben.
Hauptvortrag
MS V Do 11:00 HS 112
Massenspektrometrische Untersuchung der katalytischen Reaktionen kleiner Edelmetallcluster in einer TieftemperaturIonenfalle — •Thorsten M. Bernhardt — Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Die katalytische Oxidation von CO an freien Edelmetallclusterionen
wird in einem Ionenfallenexperiment untersucht. Sowohl bei Gold-, als
auch bei Silberclustern kann eine starke Größenabhängigkeit der katalytischen Aktivität beobachtet werden. Besonders eingehend wurden die
Reaktionen des negativ geladenen Gold-Dimeren studiert. Details des
katalytischen Reaktionszyklus konnten in diesem Fall über die gemessene temperaturabhängige Kinetik bestimmt werden. Insbesondere wurde
bei kryogenen Temperaturen als metastabile Zwischenstufe der Reaktion
das Ion Au2 (CO)O−
2 beobachtet. Aussagen über die Struktur dieses Ions
können aus dem Vergleich mit theoretischen Berechnungen gezogen werden. Im Fall der Silbercluster konnten die Ionen AgnO−
4 als potentiell in
Oxidationsreaktionen katalytisch aktive Komplexe identifiziert werden.
Hauptvortrag
MS VI Do 11:30 HS 112
Spektroskopie an Metallclustern eingebettet in Helium–
Nanotropfen — •Josef Tiggesbäumker — Fachbereich Physik,
Universität Physik, 18051 Rostock
Neutrale Silberatome werden in ultrakalte Helium–Nanotropfen eingelagert und bilden dort Metallcluster. Über resonante Zweiphotonenionisation erreicht man eine Massenselektion und das optische Spektrum einzelner Cluster kann aufgenommen werden. Dabei stellt sich heraus, dass Ag8
eines der wenigen Systeme ist, die man mit Nanosekunden–Laserpulsen in
dieser Weise anregen kann. In der Kombination mit Flugzeitelektronenspektroskopie ist gelungen, das Energiespektrum der Elektronen und das
Ionisationspotential zu bestimmen. Sowohl das Photoelektronensignal als
auch das optische Spektrum ist dabei empfindlich auf geringe Störungen
im Umfeld des Clusters, wie die Anlagerung von schwereren Edelgasatomen. Eine Analyse der Dynamik zeigt, dass das angeregte Niveau auf
einer ps–Zeitskala in einen langlebigen Zustand zerfällt.
Hauptvortrag
MS II Mo 11:30 HS 112
Multiphotonen Prozesse in Molekülen und Clustern — •Jürgen
Grotemeyer — Institut für Physikalische Chemie, Christian Albrechts
Universität Kiel, Ludewig Mayen Str. 8, 24098 Kiel
Im Rahmen des Vortrages wird auf verschiedene Prozesse zur Generierung von Ionen mit Laserstrahlung unterschiedlicher Pulslänge und zu
Reaktionen von ionisierten Molekülen und Clustern eingegangen. Hierbei steht im Vordergrund des Interesses die Frage nach der Verschiebbarkeit von Ladungen in ionisierten Molekülen. Hierzu wird anhand von
verschiedenen zeit- und energie-aufgelösten Experimenten neueste Ergebnisse vorgestellt.
Hauptvortrag
MS III Mo 14:00 HS 112
Bayesian Decomposition of Quadrupole Mass Spectra —
•Thomas Schwarz-Selinger, Hyungdong Kang, and Volker
Dose — Centre for Interdisciplinary Plasma Science, Max-PlanckInstitut für Plasmaphysik, Boltzmannstr. 2, D-85748 Garching
Identification of components in a gas mixture from quadrupole mass
spectra is a challenging task due to fragmentation of the molecules by
electron impact in the ionizer. The pedestrian subtraction method and/or
least-square evaluation are often used for the decomposition of multicomponent mass spectra. These however suffer from the excessive error
build-up and provide only poor and sometimes unphysical results like
negative concentrations.
We present an advanced analysis technique of mass spectra using
Bayesian probability theory. It handles the data and all other information
consistently and is able to identify components in unknown mixtures via
model comparison. It provides estimates not only for the species concentrations but also for their cracking pattern. In addition the confidence
intervals for the values of interest are derived. Therefore this method
does not only allow to identify reliably radicals in an unknown mixture
but also allows to determine their cracking pattern. The basics of the
new method are presented together with illustrating examples from low
temperature methane plasmas.
Hauptvortrag
MS VII Do 12:00 HS 112
Decay mechanisms of activated metal clusters — •Klavs Hansen
— Gothenburg University, Gothenburg, Sweden
Excited gas phase clusters can decay via a range of different channels.
The most important are emisison of atoms and smaller neutral fragments,
but also electron emission and fission processes have been observed. Emission of electromagnetic radiation is important at long timescales and are
relevant for experiments in ion traps and storage rings. Often these processes are of statistical nature and can be described with rate constants
that have close analogies to those employed in nuclear physics. The presentation will give an overview of recent developments in the field.
Hauptvortrag
MS VIII Do 12:30 HS 112
Free-electron-laser based IR spectroscopy of gas-phase cluster
ions — •Gert von Helden1 , Andre Fielicke2 , and Gerard Meijer1,2 — 1 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Faradayweg
4-6, D-14195 Berlin — 2 FOM Institute for Plasmaphysics, Edisonbaan
14, NL-3439 MN Nieuwegein
For the characterization of gas-phase cluster ions, it is desirable to
obtain more information than just the knowledge of the mass to charge
ratio. In principle, spectroscopic data can give unique insight into the
structure and properties of such species. In the infrared (IR) spectral
region, the vibrational modes of the clusters are probed and direct information on the forces that hold the cluster together is obtained. However,
experimental methods are limited by the availability of bright and tunable IR light sources. We use pulsed radiation from the free-electron laser
FELIX to measure vibrational spectra of size selected gas-phase neutral
or ionic species. FELIX has a tuning range from 40 to 2000 wavenum-
Hauptvortrag
MS IV Di 16:30 HS 112
Mass Spectrometry with Electrostatic Ion Traps: Negative
Mass Instability — •Daniel Zajfman — Dept. of Particle Physics,
Weizmann Institute of Science, Rehovot, Rehovot, Israel
We demonstrate that it is possible to achieve motion synchronization
in an electrostatic ion trap due to the so called negative mass instability.
33
bers. The light comes in 5 microsecond long macropulses with energies
of up to 150 mJ. This makes FELIX an ideal tool to resonantly pump
large amounts of energy into gas-phase species. This absorbed energy
can then induce secondary processes such as fragmentation or ionization.
Measuring their yield as a function of excitation wavelength can give an
IR spectrum of the (neutral or charged) molecule or cluster. In the presentation, IR spectra of various mass-selected metal cluster ions will be
presented and discussed.
Größen für die Bildung von Dianionen sind die Elektronenaffinität der
Anionen und die repulsive Coulombbarriere, welche zur Anlagerung überwunden werden muss. Zur Produktion von Dianionen werden einfach negativ geladene Metallcluster aus einer Clusterquelle in eine Penningfalle
transferiert und dort einem Elektronenbad ausgesetzt. Dabei lagern sich
Elektronen an die Metallclusteranionen an und bilden Multi-Anionen [2].
Neben den experimentellen Parametern wirken sich auch die Eigenschaften der Clusteranionen auf die Bildung von mehrfach negativ geladenen
Clustern aus. Messungen an Gold, Silber und Kupferclustern zeigen eine
gute Übereinstimmung mit einem einfachen Modell geladener Metalkugeln [2]. Aber auch elektronische Schaleneffekte werden beobachtet. Mit
der Möglichkeit mehrfach negativ geladene Metallcluster reproduzierbar
zu erzeugen, können die Eigenschaften dieser Teilchen systematisch untersucht werden. Neue Ergebnisse der Experimente an größenselektierten
Metallclusterdianionen werden vorgestellt.
[1] A. Herlert et al., Physica Scripta T80, 200 (1999)
[2] A. Herlert, L. Schweikhard, Int. J. Mass Spectrom. 229, 19 (2003)
Hauptvortrag
MS IX Do 17:15 HS 112
Erzeugung und Untersuchung mehrfach negativ geladener Metallcluster — •Alexander Herlert, Gerrit Marx und Lutz
Schweikhard — Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität
Greifswald, Domstraße 10a, D-17487 Greifswald
Vor wenigen Jahren sind zum ersten Mal dianionische Metallcluster
beobachtet worden [1]. Diese zeichnen sich gegenüber den neutralen Clustern durch einen Überschuss von zwei Elektronen aus. Die entscheidenden
34
Fachsitzungen
– Kurzvorträge und Posterbeiträge –
MS 1 Ionenquellen
Raum: HS 112
MS 1.1 Mo 12:00 HS 112
Einphotonenionisations Massenspektrometrie mit einer neu
entwickelten
elektronenstrahlgepumpten
Excimerlampe:
Technische Ausführung und erste Anwendungen — •F.
Mühlberger1 , J. Wieser2 , A. Görtler2 , A. Hohla2 , G.
Kornfeld3 , R. Steinhübl3 , A. Ulrich4 und R. Zimmermann1,5,6
— 1GSF-Forschungszentrum, Neuherberg — 2 TuiLaser, Germering —
3
THALES Electron Devices, Ulm — 4 TU-München, Physik E12 —
5
BIFA, Augsburg — 6Universität Augsburg
Für die online Massenspektrometrie von organischen Verbindungen aus
komplexen Gasgemischen benötigt man eine weiche und selektive Ionisationsmethode. Die Einphotonenionisation mit VUV-Licht ist ein Verfahren, bei dem die üblichen Hauptbestandteile dieser Gase wie z.B. Stickstoff, Sauerstoff und Wasserdampf unterdrückt werden. Je nach verwendeter VUV-Wellenlänge werden nur Verbindungen mit einem Ionisationspotential kleiner als die Photonenenergie ionisiert. Die Flugzeitmassenspektrometrie in Verbindung mit der Einphotonenionisation ermöglicht
eine schnelle online Charakterisierung von komplizierten Gasgemischen,
wie sie bei vielen industriellen Prozessen vorkommen.
Üblicherweise wird intensive VUV-Strahlung durch einen THG-Prozess
(Third-Harmonic Generation), z.B. Erzeugung von 118 nm durch Verdreifachen der 3. harmonischen Frequenz eines Nd:YAG-Lasers, erzeugt. Mit Hilfe einer elektronenstrahlgepumpten Excimerlampe, die
je nach Gasfüllung VUV-Licht ab 121 nm emittiert, können robuste
Massenspektrometer-Systeme aufgebaut werden. In dem Beitrag wird die
Technik vorgestellt und Anwendungen diskutiert.
nenquelle für on-line Massenseparator-Anwendungen entwickelt und am
dortigen 60 keV RISIKO-Massenseparator getestet. Diese kombiniert die
resonante Laserionisation mit einer Radiofrequenzquadrupolfalle (RFQ).
Dabei wird die Laserionisation von der Produktionsregion der Atome
durch den Einsatz einer Repellerelektrode entkoppelt, um isobare Oberflächenionenkontaminationen im Ionenstrahl zu unterdrücken. Durch das
gewählte Konzept werden elementreine gepulste Ionenstrahlen mit geringer Emittanz produziert.
Einzelne Komponenten des Systems, wie etwa das hochrepetierende abstimmbare Festörperlasersystem, die resonante Laserionisation an
verschiedenen ausgewählten Elementen und die Verwendung der Repellerelektroden werden aktuell am RISIKO-Massenseparator erprobt.
Zusäzlich wird eine Computeransteuerung des Gesamtsystems über LabVIEW aufgebaut. Spektroskopische Messungen zur Charakterisierung
unterschiedlicher Laserionisationsprozesse, zur Wirkung der Repellerelektrode und zur Effizienz des Verfahrens werden diskutiert.
MS 1.3 Mo 12:30 HS 112
Chancen von Elektrospray als Quelle für Quantenexperimente
mit Molekülen — •Elisabeth Reiger, Julia Ströbele, Anton
Zeilinger und Markus Arndt — Institut für Experimentalphysik,
Universität Wien
Für den Nachweis der quantenmechanischen Eigenschaften von großen
Molekülen mithilfe eines Talbot-Lau-Interferometers benötigt man hinreichend intensive und langsame Neutralteilchenstrahlen. Der Einsatz
von thermischen Quellen beschränkt derzeit den Bereich auf Moleküle
mit M < 2-3 kDa. Der derzeitige Massenrekord für die Materiewelleninterferometrie liegt bei 1632 amu für C60 F48 [1]. Für noch komplexere
Objekte ist ein neues Quellendesign notwendig. Wir diskutieren, inwieweit Elektrospray für diese Experimente genutzt werden kann.
Der erste Teil der Präsentation beschäftigt sich mit der Frage, ob auch
direkt neutrale Teilchen neben der Erzeugung von meist mehrfach geladenen Ionen bei dem Spray-Prozess entstehen können.
Im zweiten Teil wird die Anwendbarkeit eines Verfahrens diskutiert [2],
bei dem Elektrosprayionen durch eine bipolare Luftionenwolke neutralisiert werden, bevor sie in die Strahlanlage eingekoppelt werden.
[1] L. Hackermüller et al., PRL, 91, 9 (2003)
[2] M. Scalf et al., Science, 283, 194-197 (1999)
MS 1.2 Mo 12:15 HS 112
Messungen zur Laserionisation am RISIKO-Massenseparator
der Universität Mainz als Vorbereitung für die Laser-IonenQuellen-Falle LIST — •Kim Brück1 , Christopher Geppert1 ,
Thomas Kessler1 , Gerd Passler1 , Simone Sirotzki1 , Katja
Wies1 , Klaus Wendt1, Manas Mukherjee2 , H.-Jürgen Kluge2 ,
Klaus Blaum3 und Stefan Schwarz4 — 1 Institut für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz — 2 GSI, 64291 Darmstadt — 3 CERN, CH-1211
Geneva 23, Switzerland — 4MSU, East Lansing, USA
Am Institut für Pyhysik der Universität Mainz wird eine spezielle Io-
MS 2 Analytik und Spurenanalytik (Laser)
Raum: HS 112
MS 2.1 Mo 14:30 HS 112
Hochauflösende Resonanzionisationsspektroskopie an UranIsotopen für den Nachweis von Uran-236 — •Philipp
Schumann1 , Sergei F. Boulyga2 , Gerd Passler1 , Norbert
Trautmann3 und Klaus D.A. Wendt1 — 1 Institut für Physik,
Johannes Gutenberg-Universität Mainz — 2 Institut für Anorganische
Chemie und Analytische Chemie, Johannes Gutenberg-Universität
Mainz — 3 Institut für Kernchemie, Johannes Gutenberg-Universität
Mainz
Am Institut für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
werden hochauflösende laserspektoskopische Verfahren für den Ultraspurennachweis seltener Radioisotope entwickelt und angewendet. Ein durch
bis zu drei abstimmbare kontinuierliche Laser induzierter element- und
isotopenselektiver Ionisationsprozess wird hierbei mit der Massentrennung eines Quadrupol-Massenspektrometers kombiniert. Gegenwärtig
wird das Verfahren für den Nachweis von 236 Uran angepasst. 236 Uran entsteht durch Neutroneneinfang von 235 Uran. Das in der Natur nur mit einer
relativen Häufigkeit von < 10−10 (236U / 238 U) vorkommende Isotop wird
in Kernreaktoren durch hohe Neutronenflüsse bis in den Promille-Bereich
angereichert. Ein empfindlicher Nachweis ist daher zur Identifizierung an-
thropogener Uran-Kontaminationen von Bedeutung. Für eine Isotopentrennung muss ein geeigneter Anregungspfad im atomaren Spektrum von
Uran ausgewählt und bezüglich Hyperfeinstruktur, Isotopieverschiebung
und Anregungseffizienz spektroskopisch spezifiziert werden. Es werden
Untersuchungen mit einem und zwei resonanten Anregungsschritten vorgestellt sowie der Status des Projekts und vorgesehene Anwendungen
diskutiert.
MS 2.2 Mo 14:45 HS 112
Aufbau und Charakterisierung eines PhotoionisationsMassenspektrometers mit elementselektivem Nachweis —
•Harald Bresch1 , Roman Flesch2 und Eckart Rühl2 —
1
Fachbereich Physik, Universität Osnabrück, Barbarastr. 7, 49069
Osnabrück — 2 Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg,
Am Hubland, 97074 Würzburg
Es wird ein Photoionisations-Massenspektrometer vorgestellt, das auf
einer intensiven, gepulsten, sehr einfach durchstimmbaren Lichtquelle im
Bereich des extremen Ultraviolett (XUV, 25 eV ≤ hν ≤ 110 eV) beruht.
Die XUV-Strahlung wird durch ein laserproduziertes Plasma (LPP) erzeugt, dessen Strahlung in einem Toroidgitter-Monochromator (Jobin35
re Umwelt, wobei in der Regel die Konzentration im Ultraspurenbereich liegt. Die Isotopenzusammensetzung liefert hier wichtige Informationen über den Ursprung der Plutoniumkontamination. Die
Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) ist auf Grund ihrer
hervorragenden Element- und Isotopenselektivität sowie ihrer hohen
Empfindlichkeit für die Ultraspurenanalyse von langlebigen Radionukliden sehr gut geeignet. Für die Routineanalytik von Plutonium wird eine
Nachweisgrenze von ≤ 107 Atomen Plutonium, verbunden mit einer eindeutigen Isotopenzuordnung, erreicht. In Zusammenarbeit mit dem Institut für Nukleare Entsorgung des Forschungszentrums Karlsruhe wurden
anhand von Sickerwasserproben des Felslabors Grimsel, Schweiz, das Migrationsverhalten von Plutonium in granitischem Gestein untersucht. Die
Ergebnisse sind zur Beurteilung der Lagersicherheit von nuklearem Abfall in granitischem Gestein wichtig. Im Ausblick wird auf eine Kopplung
der Kapillarelektrophorese (CE) mit RIMS und die damit erzielbaren
Informationen eingegangen.
Yvon TGM 1400) dispergiert wird. Am Austrittsspalt befindet sich ein
Flugzeitmassenspektrometer in einem Vakuum-Rezipienten, das zur Selektion und Detektion von Photoionen dient.
Mit diesem experimentellen Aufbau lassen sich Ausbeuten massenselektierter Kationen messen. Die Resultate zeigen, dass darüber hinaus auch
Pump-Probe-Experimente zum elementspezifischen Nachweis von in situ
gebildeten Photolyseprodukten möglich sind.
MS 2.3 Mo 15:00 HS 112
Simulationsstudien für eine Kombination aus Laserionenquelle
und Ionenfalle — •Katja Wies1 , Kim Brück1 , Christopher
Geppert1 , Gerd Passler1 , Klaus Wendt1 , H.-J. Kluge2 , Manas
Mukherjee2 , Klaus Blaum3 und Stefan Schwarz4 — 1 Institut
für Physik, Universität Mainz, 55099 Mainz — 2GSI, 64291 Darmstadt
— 3CERN, CH-1211 Geneva 23, Switzerland — 4 MSU, East Lansing,
USA
Die resonante Laserionisation bietet die Möglichkeit, selektiv Ionenstrahlen eines bestimmten Elements bzw. Isotops zu erzeugen. Von besonderer Bedeutung ist dies bei on-line Massenseparatoren, um kurzlebige Radionuklide ohne störende Kontaminationen zu studieren. Limitiert ist die Laserionenquelle durch Isobarenkontaminationen, die durch
Oberflächenionisation in der Atomisationsröhre entstehen. Am Institut
für Physik der Universität Mainz wird in einer neuen Entwicklung eine Laserionenquelle mit einer Ionenfalle kombiniert (LIST = Laser-IonSource-Trap). In der LIST wird die Ionisationsregion in der Ionenfalle von
der Atomisationsregion durch eine Repellerelektrode entkoppelt. Ausschließlich neutrale Atome gelangen zum Laserionisationsort. Die Laserionen werden in der Falle gespeichert und durch Puffergasstöße gekühlt.
Nachfolgenden Experimenten kann dann ein Ionenstrahl als zeitlich wohl
kontrollierter Ionenpuls mit niedrigster Emittanz zur Verfügung gestellt
werden. Computersimulationen zeigen, dass bei hoher Selektivität das
Fangen, Kühlen und Extrahieren der Ionen mit guter Effizienz möglich
ist. Simulationsstudien und erste Testmessungen werden diskutiert.
MS 2.5 Mo 15:30 HS 112
Anwendungen der RIMS für 41 Ca Tracer Studien zu biomedizinischen Fragestellungen — •Christopher Geppert1 , Philipp
Schumann1 , Katja Wies1 , Klaus Wendt1 , Norbert Trautmann2 , Eberhard Denk3 und Thomas Walczyk3 — 1 Institut für
Physik, Universität Mainz, Staudingerweg 7, 55099 Mainz — 2 Institut für
Kernchemie, Universität Mainz, Fritz-Strassmann-Weg 2, 55128 Mainz
— 3 Laboratory for Human Nutrition, ETH Zürich, Seestraße 72, 8803
Rüschlikon, Schweiz
Die auf mehrstufiger Laseranregung und -ionisation beruhende
Resonanzionisations-Massenspektrometrie (RIMS) stellt ein hochselektives Verfahren zum Ultraspurennachweis seltenster Isotope dar. Die
RIMS hat sich dabei in den letzten Jahren vom Prototyp-Aufbau zum
zuverlässigen Analyseverfahren entwickelt. Der an der Universität Mainz
entwickelte Aufbau kombiniert hierzu selektive Laseranregung mit
Diodenlasern mit der Nachbarisotopenunterdrückung eines QuadrupolMS. Das System wurde auf den selektiven Nachweis des langlebigen
Ultraspuren-Isotops 41 Ca optimiert, das in der Natur mit einer relativen
Häufigkeit von nur 10−15 zum Gesamt-Ca vorkommt.
41
Ca eignet sich hervorragend z.B. für Tracer Studien, etwa in der Biomedizin zu Untersuchungen des in-vivo Ca-Metabolismus. Etwa 100-200
Tage nach der Verabreichung eines 41 Ca Tracers klingt das 41 Ca/Ca Isotopenverhältnis langsam auf ein über viele hundert Tage stabiles Plateau
ab, in dessen Verlauf Interventionen über RIMS-Messungen des 41Ca untersucht werden können.
MS 2.4 Mo 15:15 HS 112
Empfindliche Plutoniumbestimmung in Sickerwasserproben
von Granitgestein — •S. Bürger1 , R. Buda2 , H. Geckeis3 ,
G. Huber2 , J.V. Kratz1 , G. Passler2 und N. Trautmann1
— 1 Institut für Kernchemie, Universität Mainz — 2 Institut für
Physik, Universität Mainz — 3 Institut für Nukleare Entsorgung,
Forschungszentrum Karlsruhe
Plutonium gelangt durch verschiedene anthropogene Quellen, wie
Atomwaffentests oder Unfälle in kerntechnischen Anlagen, in unse-
MS 3 Beschleunigermassenspektrometrie (Anwendungen)
Raum: HS 112
MS 3.1 Mo 16:30 HS 112
Ca AMS Messungen im Rahmen des OSTEODIET Projektes
— •Hans-Arno Synal1 , Thomas Walczyk2 und Ebehard Denk2
— 1 Paul Scherrer Institut, c/o ETH Hönggerberg, 8093 Zürich — 2 ETH
Zürich
Zur Untersuchung des 41 Ca Methabolismus wurde im Rahmen des
OSTEODIET Projektes eine 41 Ca Tracerstudie durchgeführt. Insgesamt
wurden 18 Frauen mit einem 41 Ca Tracer markiert. Untersucht wurden
mit Hilfe Beschleunigermassenspektrometrie 130 Urinproben, die zu verschiedenen Zeiten der Tracerstudie genommen wurden. In diesem Beitrag
werden das Messverfahren sowie die Ergebnisse der AMS Messungen diskutiert.
129
131
Mit Hilfe von
I kann der Beitrag von
I bestimmt werden. Am
Maier-Leibnitz-Labor in Garching wurden hierzu die 129 I Konzentrationen von Seewasserproben in der ehemaligen Sowjetunion mit Beschleunigermassenspektrometrie gemessen. An einem Gletschereisbohrkern vom Belucha (Sibirischer Altai, Rußland) werden die lokalen
129
I-Depositionsflüsse bestimmt. Diese Zeitinformation wird von 129 IDepositionsfluenzen auf 131 I-Depositionsfluenzen rückschließen lassen.
41
MS 3.3 Mo 17:00 HS 112
AMS Radiokarbondatierung von Eisenartefakten am Erlanger
AMS-Labor — •Andreas Scharf1 , Wolfgang Kretschmer1 ,
Thomas Uhl1 , Ernst
Pernicka2 und Katja Hunger2 —
1
Physikalisches Institut Abt.IV, Erwin-Rommel-Str. 1, 91058 Erlangen
— 2 Institut für Archäometrie, Gustav-Zeuner-Str. 5, 09599 Freiberg
Die Radiokarbondatierung von Eisengegenständen ist prinzipiell
möglich, sofern bei der Verhüttung Holzkohle verwendet wurde, was
in vorindustrieller Zeit die Regel war. Erste Versuche zur Radiokarbondatierung von Eisen wurden bereits in den 60er Jahren unternommen, wegen der geringen Kohlenstoffgehalte von Eisen (für die meisten
archäologischen Eisenproben ca. 0,1% bis 1%, bei Gusseisen bis zu 4%)
brachte hier aber erst der Einsatz der Beschleunigermassenspektrometrie neue Impulse, es handelt sich hierbei aber noch immer um keine
vollständig etablierte Methode. Die Schwierigkeiten liegen in der Probenbearbeitung, der zuverlässigen Entfernung von Verschmutzungen und der
möglichst vollständigen Kohlenstoffextraktion aus der Probe. Die Fortschritte, die hierbei am Erlanger AMS-Labor gemacht wurden, werden
MS 3.2 Mo 16:45 HS 112
I-Messungen zur 131I-Dosisrekonstruktion aus Mayak —
•Herbert Reithmeier1 , Vitali Lazarev1 , Werner Rühm2 ,
Alexander Blinov3 , Margit Schwikowski4 , Heinz Gäggeler4
und Eckehart Nolte1 — 1 Fakultät für Physik, Technische Universität München — 2 Radiobiologisches Institut, Universität München —
3
Department of Cosmic Research, Physical-Technical University St.
Petersburg — 4 Paul Scherrer Institut, Villingen
In der ehemals sowjetischen Plutoniumproduktionsanlage Mayak (nahe
Tscheljabinsk, Rußland) wurden große Spaltproduktsaktivitäten freigesetzt. Zumindest in den frühen Jahren des Betriebs wird ein wesentlicher
Anteil an den freigesetzten Aktivitäten den kurzlebigen Spaltprodukten
wie 131 I zugeschrieben.
129
36
präsentiert.
Zustand (9− ; 3 Millionen Jahre) produziert. Die Produktion von 210mBi
muss genau bekannt sein, um das radioaktive Inventar der Quellen zu
erfassen.
Am MLL in Garching wurde eine Flugzeitstrecke mit zwei Channeltrondetektoren und einer Ionisationskammer zur Energiemessung der Ionen aufgebaut. Bi-Targets wurden am ILL Grenoble mit thermischen
Neutronen bestrahlt. Über AMS wurden die Verhältnisse der Massen
A=210 zu 209 Bi gemessen. A=210 enthält 210m Bi und 210Po (138 d),
das über den β − -Zerfall von 210 Bi entstanden und zum Zeitpunkt
der Messung auf etwa 2 % des Ausgangswerts zerfallen ist. Unter
Berücksichtigung von Sputterfaktoren für negative Bi- und Po- Ionen
wurde ein vorläufiger Wert des Wirkungsquerschnitts 209Bi(nth , γ)210mBi
bestimmt.
MS 3.4 Mo 17:15 HS 112
Messung des Wirkungsquerschnitts der Neutroneneinfangsreaktion 209 Bi(nth , γ)210mBi über AMS — •Eckehart Nolte1 , Catalin Stan-Sion1 , Alain Letourneau2 , Herbert Reithmeier1 und
Vitali Lazarev1 — 1 Fakultät für Physik E15, Technische Universität
München, 85748 Garching — 2CEA, DSM/DAPNIA/SPhN-Saclay, F91191 Gif sur Yvette
Das in Spallationsneutronenquellen verwendete bzw.vorgesehene Standardtarget ist Wismut. Über Neutroneneinfangsreaktionen am Bi-Target,
209
Bi(nth , γ)210Bi und 209 Bi(n th , γ)210mBi, werden sowohl der kurzlebige
Grundzustand von 210 Bi (1− ; 5,0 d) als auch der langlebige metastabile
MS 4 Beschleunigermassenspektrometrie (Entwicklung)
Raum: HS 112
MS 4.1 Mo 17:30 HS 112
Beschleunigermassenspektrometrie mit Mikrogramm-Proben
— •Thomas Uhl, Wolfgang Kretschmer und Andreas Scharf
— Physikalische Institut IV (KORA), Erwin-Rommel-Str. 1, 91058
Erlangen
Die Erlanger Gruppe KORA beschäftigt sich mit der Radiokarbondatierung mit Hilfe der Beschleunigermassenspektrometrie. Bestimmt wird
hierbei das Verhältnis der Kohlenstoffisotope 14 C zu 13 C. Zur Erzeugung
der zu messenden Ionen wird die zur Hybridionenquelle modifizierte ”40
MC-SNICS” verwendet. Mit dieser Art Ionenquelle, können sowohl graphitisierte als auch gasförmige - in Form von CO2 - Kohlenstoffproben
gemessen werden. Bei der Verwendung von gasförmigen Proben ist die
Probenaufbereitung bereits nach der Oxidation abgeschlossen. Ein in Erlangen entwickeltes Gashandlingsystem ermöglicht die direkte Kopplung
der Verbrennungseinheit (Elementanalysator) mit der Hybridionenquelle
zur Online-Messung von Mikrogramm-Proben. Es wird sowohl über die
Voraussetzungen und Bedingungen für eine direkte Kopplung als auch
über die Konzeption und Realisation des Gashandlingsystems berichtet.
Erste Messergebnisse von Standards mit Kohlenstoffmengen von 1-10 Mikrogramm werden vorgestellt.
In den letzten Jahren sind in der Beschleunigermassenspektrometrie
Kleinanlagen entwickelt worden, die bei wesentlich tieferen Energien arbeiten. Bei diesen Anlagen ist die Ionenidentifikation mit Detektoren
von zentaler Bedeutung. Ionisationszähler sind dabei besonders geeignet. Durch die Anwendung von modernen Technologien und durch die
Optimierung des Aufbaus, ist es möglich die Energieauflösung und die
Teilchenidentifikation wesentlich zu verbessern. Physikalische Prozesse
die bei tiefen Energien in einem solchen Detektor von Bedeutung sind
und die Auflösung beeinflussen werden diskutiert und an Beispielen illustriert.
MS 4.4 Mo 18:15 HS 112
Verwendung eines Kleinbeschleunigers für die Messung von
Plutoniumisotopen — •Lukas Wacker1 , Elena Chamizo Calvo2 , Keith Fifield3 , Hans-Arno Synal4 und Martin Suter1 —
1
ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich — 2Universidad de Sevilla, 41080
Sevilla, Spanien — 3 ANU, 0200 Canberra, Australien — 4 Paul Scherrer
Institut c/o ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich
Beschleunigungsmassenspektrometrie eignet sich für den Nachweis von
langlebigen Radioisotopen, die in kleinsten Konzentrationen vorkommen.
In den letzten Jahren sind neue Anlagen entwickelt worden, die mit wesentlich kleineren Beschleunigern arbeiten.
Hier wird gezeigt, dass auch die schwersten Elemente und Isotope mit solchen Kleinanlagen nachgewiesen werden können. Mit unseren Messungen können wir zeigen, dass eine Konzentrationsbestimmung
der Plutonium-Isotope bei einer Beschleunigungsspannung von 300 keV
möglich ist und sogar Vorteile gegenüber grösseren Anlagen aufweist.
Um die Leistungsfähigkeit des kompakten Systems zu demonstrieren,
wurde in chemisch aufbereiteten Bodenproben 239 Pu und 240 Pu gemessen. Die Resultate sind in guter Übereinstimmung mit γ-Messungen und
zeigen das Potential der kompakten BMS-Anlage.
MS 4.2 Mo 17:45 HS 112
Accelerator Mass Spectroscopy of 10 Be using BeF− — •Michal
Grajcar1 , Max Döbeli2 , Peter W. Kubik2 , Hans A. Synal2 ,
Lukas Wacker1 , and Martin Suter1 — 1Institute for Particle
Physics, ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland — 2 Paul
Scherrer Institut (PSI), c/o Institute for Particle Physics, ETH
Hönggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland
10
Be is one of the most important long-lived cosmogenic radioisotopes
in environmental research and has many dating and tracer applications.
A new method is described by which 10 Be can be measured with compact
AMS systems.
BeF targets were prepared and analysed with an AMS facility operating at 0.6 MV terminal voltage. Selecting the charge state 1+ , the particle
transmission through the accelerator is about 40% and a final energy for
10
Be of 0.8 MeV is obtained. The extraction of 10 BeF− instead of 10 BeO−
from the ion source has the advantage of reducing 10 B intensities in the
beam by about 5 orders of magnitude. A high energy resolution ∆E-ER
gas ionisation counter was used for the final identification. This detector
allows additional boron suppression by more than 5 orders of magnitude.
Thus, in total, boron is suppressed by at least 10 orders of magnitude
and a measured 10 Be/9Be background ratio is below 10−14 .
Successful measurements of environmental samples demonstrate the
potential of the new method.
MS 4.5 Mo 18:30 HS 112
Das Potential der schweren Radionuklide in der NiederenergieBeschleungermassenspektrometrie — •Martin Stocker1, Max
Döbeli2 , Michal Grajcar1 , Martin Suter1 , Hans-Arno Synal2
und Lukas Wacker1 — 1 ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich — 2 Paul
Scherrer Institut c/o ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich
Die 600 kV Anlage für Beschleunigermassenspektrometrie (BMS) der
ETH/PSI wurde mit einem neuen Gasdetektor erweitert. Die kompakte Bauweise des Detektors und das extrem dünne Si3 N4 Eintrittsfenster ermöglicht eine zusätzliche Unterdrückung von Isobaren, Molekülen und m/q-Interferenzen. In diesem Vortrag wird das Potential der
Niederenergie-BMS im bezug auf schwere Radionuklide diskutiert.
MS 4.3 Mo 18:00 HS 112
Hochauflösende Gasdetektoren für Beschleunigermassenspektrometrie bei tiefen Energien — •Martin Suter1 , Max Döbeli2 ,
Michal Grajcar1 , Martin Stocker1, Hans-Arno Synal2 und
Lukas Wacker1 — 1 ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich — 2 Paul
Scherrer Institut c/o ETH Hönggerberg, CH-8093 Zürich
37
MS 5 Elektrospray, Nanoteilchen und Aerosole
Raum: HS 112
MS 5.1 Di 11:00 HS 112
Detektion und Charakterisierung individueller Bioaerosolteilchen mittels Bioaerosol-Massenspektrometrie — •Matthias
Frank1 , Eric E. Gard1 , James M. Birch1 , Keith R. Coffee1 ,
David P. Fergenson1 , Joanne M. Horn1 , Maurice E. Pitesky1 ,
Abneesh Srivastava1 , Paul T. Steele1 , Herbert J. Tobias1 ,
Vincent J. Riot1 , Norm W. Madden1 , Gregg A. Czerwieniec2 ,
Scott C. Russel2 und Carlito B. Lebrilla2 — 1 Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore CA 94551, USA — 2 Univerisyt of
California Davis, Davis CA 95616, USA
Unsere Gruppe am LLNL entwickelt ein Bioaerosol-Massenspektrometriesystem, das einzelne biologische Aerosole, wie z.B. in der Luft
schwebende bakterielle Sporen, analysieren kann. Das System saugt Teilchen direkt aus der umgebenden Luft in ein bipolares Flugzeitmassenspektrometer. Ein Laserpuls eines Nd:YAG Lasers (266 nm) desorbiert
und ionisiert Moleküle eines einfallenden Teilchens beim Erreichen der
Ionenquelle des Massenspektrometers. Flugzeitspektren sowohl von positiven als auch negativen Ionen, die vom betreffenden Teilchen stammen,
werden dabei gleichzeitig aufgenommen und können instantan klassifiziert werden. Das System kann dabei anhand der von individuellen Partikeln erhaltenenen Massenspektren zwischen bakteriellen Sporen und
anderen biologischen oder nichtbiologischen Teilchen unterscheiden. Wir
diskutieren neue Messungen, die mit diesem System an verschiedenen
bakteriellen Spezies und anderen Aerosolen vorgenommen wurden, und
beschreiben geplante Systemmodifikationen, die die Effizienz und den
Durchsatz des Systems deutlich erhöhen sollen.
Wir stellen eine neue Apparatur vor, die es erlaubt, einzelne gespeicherte Nanopartikel mit Synchrotronstrahlung zu untersuchen. Die Partikel werden in einer dreidimensionalen elektrodynamischen Vierpolfalle
berührungsfrei gespeichert und stehen über einen langen Zeitraum (bis einige Tage) für Experimente zur Verfügung. Aus der präzisen Messung der
Bewegungsfrequenz des Partikels kann das Ladungs-zu-Masseverhältnis
Q/M bestimmt werden. Bei ersten Experimenten am Speicherring BESSY wurden Aufladungsprozesse untersucht. Durch Variation der Photonenenergie konnte die Elektronenemissionswahrscheinlichkeit unterhalb
und oberhalb der Si 2p-Kante bestimmt werden. Darüberhinaus wurden
NEXAFS-Spektren an der O 1s-Kante in Abhängigkeit des Ladungszustandes von gespeicherten Partikeln aufgenommen.
MS 5.4 Di 11:45 HS 112
Laser-zerstäubte Neutralteilchen aus Seesalz mit nachgeschalteter resonanzverstärkter Ionisation von TiO — Peter Bisling,
•Bong-Jun Lee, Karen Ong und Christian Schnier — Institut für Küstenforschung, GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH,
Postfach 1160, D-21494 Geesthacht
Als erfolgreiche Methode für die Feststoffanalyse ist Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) weit verbreitet. Jedoch
bleiben in vielen Fällen die zerstäubten Teilchen neutral und können
nicht ohne Nachionisation detektiert werden. Ein die SIMS ergänzendes
Verfahren, das hauptsächlich auf den Einsatz von Lasertechniken beruht,
kann eine hilfreiche Alternative sein. Hierbei dient ein Ablationslaser
zur Zerstäubung der Feststoffprobe. Die nachgeschaltete Ionisation
erfolgt durch resonanzverstärkte Mehrphotonenionisation. Anhand eines
vorläufig ersten Beispiels für geochemische Analysen wird das Verfahren
vorgestellt.
Aus einer filtrierten Probe des Bodenwassers vom Pazifischen Ozean
bei 149◦ W und 9◦ N in 5140 m Tiefe wurde Seesalz gewonnen. In einer
Probenvakuumkammer wurde das gefriergetrocknete Seesalz mit der Fundamentalwellenlänge eines gütegeschalteten Nd:YAG Lasers zerstäubt.
Ein Ar-Trägergaspuls transportierte diese Probenstaubwolke in die Ionenquelle eines Flugzeitmassenspektrometers (TOF). Dort kreuzte ein
fokussierter Farbstofflaserstrahl mit λ = 591.5 nm den Gaspuls. Der
TOF-Detektor registrierte TiO+ bei fast vollständiger Diskriminierung
der ungewünschten Signale aus der komplexen Seesalz-Matrix. Die Massenauflösung lag bei m/∆m = 2500. Die absolute Nachweisgrenze wurde
auf wenige fg abgeschätzt.
MS 5.2 Di 11:15 HS 112
Eine lineare segmentierte Quadrupolfalle für Mikrotropfen —
•Björn Österreicher, Denis Duft und Thomas Leisner — Institut für Physik, Technische Universität Ilmenau, Postfach 100565, 98684
Ilmenau
Im Gegensatz zu einem Quadrupol-Massenspektrometer sind bei der
linearen segmentierten Falle die vier Stabelektroden jeweils in 19 Scheiben unterteilt und durch Widerstände miteinander verbunden. Durch
zusätzliche Überlagerung der Fallen-Wechselspannung mit einer Gleichspannung baut sich ein axiales elektrisches Feld auf, welches durch Kompensation der Gravitationskraft eine ortsfeste Speicherung geladener Partikel und Mikrotropfen ermöglicht. Mittels PC-Steuerung kann dabei der
Speicherungsort in einem Bereich von ca. 40 mm entlang der z-Achse
in der Falle variiert und somit auch zur gezielten Drift von Teilchen in
einem Hintergrundgas verwendet werden.
MS 5.3 Di 11:30 HS 112
Photoionisation von einzelnen gespeicherten Nanopartikeln —
•Michael Grimm1,2 , Burkhard Langer1 , Christina Graf2 , Toralf Lischke3 , Stephan Schlemmer4 , Wolf Widdra5 , Uwe Becker3 , Dieter Gerlich6 und Eckart Rühl2 — 1Max-Born-Institut
für Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin — 2 Physikal.
Chemie I, Bayerische Julius-Maximilians Universität Würzburg, Am
Hubland, 97074 Würzburg — 3 Fritz-Haber-Institut der Max-PlanckGesellschaft, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin — 4 Raymond and Beverly
Sackler Laboratory for Astrophysics at Leiden Observatory, Leiden (NL)
— 5Fachbereich Physik, Universität Halle-Wittenberg, 06099 Halle —
6
Institut für Physik, Technische Universität Chemnitz, 09107 Chemnitz
MS 6 Hochaufgelöste und genaue Massenspektrometrie
Raum: HS 112
mogeneous magnetic field. The calibration of the magnetic field strength
has to be performed via a cyclotron frequency measurement on a wellknown reference mass, both before and after measurement of the cyclotron frequency for the ion of interest. Such well-known masses are
rare, especially in the heavy and super-heavy mass region of the nuclear chart, where SHIPTRAP at GSI aims for high-precision mass measurements. Here, carbon clusters provide the reference ions of choice,
as demonstrated with the Penning trap mass spectrometer ISOLTRAP
at ISOLDE/CERN: A multitude of reference masses is available which
are at most six mass units away from the radionuclide of interest. In
MS 6.1 Di 17:00 HS 112
Carbon clusters as absolute mass references for Penning trap
mass measurements on radionuclides — •Manas Mukherjee1 ,
K. Blaum2 , M. Block1 , F. Herfurth2 , A. Kellerbauer2 , H.-J.
Kluge1 , W. Quint1 , S. Rahaman1 , C. Rauth1 , D. Rodrı́guez1 ,
G. Sikler1 , M. Suhonen1 , and C. Weber1 for the SHIPTRAP and
ISOLTRAP collaboration — 1 Gesellschaft für Schwerionenforschung, D64291 Darmstadt, Germany — 2 CERN, 1211 Geneva 23, Switzerland
Penning trap mass spectrometry on radionuclides is based on the measurement of the cyclotron frequency of a charged particle in a strong ho38
addition, one can perform absolute mass measurements since the measurement is directly related to the microscopic mass standard. For this
purpose a versatile laser desorption carbon cluster ion source has been
designed, constructed and tested. The setup as well as first results will
be presented and discussed.
ISOLTRAP ist ein Penningfallen-Massenspektrometer für hochpräzise
Massenmessungen an kurzlebigen Nukliden am on-line Massenseparator
ISOLDE/CERN in Genf. Die Bestimmung der Zyklotronfrequenz eines
Ions in einem homogenen Magnetfeld erlaubt es die atomare Masse mit
einer relativen Unsicherheit von lediglich δm/m = 1 · 10−8 zu bestimmen.
Dabei können selbst Nuklide mit Halbwertszeiten um 100 ms gemessen
werden, obwohl sie teilweise nur mit einer Rate von circa 100 Atomen/s
produziert werden. Insbesondere das hohe Auflösungsvermögen von nahezu m/∆m = 1·107 erlaubt es auch niedrig angeregte Kernzustände mit
Ionefallenmethoden abzutrennen und zu vermessen. Es werden Messungen an den radioaktiven Kernen 57,65..69Ni, 66..74,76Cu und 63..65,68,72..79Ga
vorgestellt und diskutiert.
MS 6.2 Di 17:15 HS 112
Commissoning the Penning trap mass spectrometer at the
SHIPTRAP facility — •rahaman Saidur1 , D. Beck1 , M. Block1,
H.-J. Kluge1 , G. Marx2 , M. Mukherjee1 , W. Quint1 , D. Rodriguez1 , C. Rauth1 , G. Sikler1 , M. Suhonen3 , and C Weber1 for
the SHIPTRAP collaboration — 1 GSI, Darmstadt, Germany — 2 EMAU,
Greifswald, Germany — 3Stockholm University, Stockholm, Sweden
The ion-trap facility SHIPTRAP at GSI is installed behind SHIP for
a broad scientific program such as precision mass measurements, nuclear spectroscopy, study of chemical reactions and laser spectroscopy of
super-heavy radionuclides. SHIPTRAP consists of three parts. The first
one is a gas-filled cell for stopping energetic ions. The second part, the
RFQ-buncher, cools and accumulates ions by buffer-gas collisions. The
third part, a Penning-trap system, consists of two cylindrical Penning
traps in one superconducting magnet with B=7 T. The two traps are
separated by a pumping barrier of 3 mm diameter and length of 50 mm
which allows for the required differential pumping between the two traps.
The first trap is for isobaric purification of the ions applying the method
of mass-selective buffer gas cooling. In the second one precision mass
measurement will be performed. Significant progress has been made to
bring the Penning trap system into operation. Ions can be trapped in
both traps. In the first trap a mass resolving power of 85 000 has been
achieved for Cs with 200 ms excitation time. In the second trap the ions
mass is measured via their cyclotron frequency usuing the time-of-flight
method. A first online mass measurement is planned for 2004.
MS 6.4 Di 17:45 HS 112
High-precision mass measurements with the Penning trap
mass spectrometer SMILETRAP — •Klaus Blaum1,2 , Ingmar
Bergström3 , Michael Björkhage3 , Birgit Brandner4 , Tomas
Fritioff5 , Szilard Nagy4 und Reinhold Schuch4 — 1 CERN,
Division EP, 1211 Geneva 23, Switzerland — 2 GSI, Planckstraße 1,
64291 Darmstadt — 3 Manne Siegbahn Laboratory (MSL), Frescativägen
24, Stockholm University, S-10405 Stockholm, Sweden — 4 Atomic
Physics, Fysicum, SCFAB, Stockholm University, S-10691 Stockholm,
Sweden — 5CERN, Division AB, 1211 Geneva 23, Switzerland
The motivation behind high-precision mass measurements on stable
nuclides is manifold: It ranges from establishing a reliable backbone of
known masses along the line of beta-stability, providing masses important for metrology such as fundamental constants, for measuring atomic
binding energies in order to test atomic theory and QED, to test the
fundamental symmetry CPT, and to give a possible route to realize an
atomic definition of the kilogram.
SMILETRAP is a Penning trap mass spectrometer at the Manne Siegbahn Laboratory in Stockholm for mass measurements on highly charged
ions. The mass m of ions with charge q stored in a magnetic field B is determined by measurement of the cyclotron frequency ωc = qB/m. Recent
measurements with relative mass uncertainties of a few 10−10 address some of the applications mentioned above. The status of SMILETRAP as
well as recent results will be presented.
MS 6.3 Di 17:30 HS 112
Neue Präzisionsmassenmessungen mit dem PenningfallenMassenspektrometer ISOLTRAP — •F. Herfurth1 , G. Audi2 ,
D. Beck3 , K. Blaum1 , G. Bollen4 , P. Delahaye1 , C. Guénaut2 ,
A. Kellerbauer1 , H.-J. Kluge3 , D. Lunney2 , D. Rodrı́guez3 , S.
Schwarz4 , L. Schweikhard5 und C. Yazidjian3 — 1 CERN, Geneva
— 2 CSNSM, Orsay — 3 GSI, Darmstadt — 4 NSCL, East Lansing —
5
EMAU, Greifswald
MS 7 Poster
MS 7.1 Do 14:00 Schellingstr. 3
Erzeugung ”kalter” Ionen mit Hochdruck-Gasentladungen —
•S. Schößler, T. Jahnke, M. Odenweller, R. Dörner und H.
Schmidt-Böcking — Institut für Kernphysik der J. W. Goethe Universität, August-Euler-Str. 6, D-60486 Frankfurt am Main
Es wurde eine neuartige Ionenquelle entwickelt, deren Funktionsprinzip die Möglichkeit zur Erzeugung extrem energiescharfer Ionenstrahlen
eröffnet. Sie basiert auf einer Gasentladung bei hohem Druck (mehrere
bar), die innerhalb einer Pore mit typ. 100 µm Durchmesser erzeugt wird.
Die nötige Betriebsspannung beträgt dabei lediglich einige 100 Volt DC.
Diese Hochdruckentladung ist mit dem Prinzip eines Überschall-Gasjets
kombiniert, bei dem die interne Temperatur des Gases durch eine adiabatische Expansion drastisch verringert wird. Dieser Kühleffekt sollte sich
auch auf die Ionen übertragen lassen, was die Erzeugung eines Ionenstrahls mit außergewöhnlich guter Energieschärfe bis in den meV-Bereich
erlaubt. Die Resultate der ersten Messungen sind vielversprechend und
deuten an, dass sich bei weiterer Optimierung eine sehr gute Emittanz
erreichen lässt.
werden können. Au11 und Au55 konnten mithilfe von Elektrospray in
die Gasphase gebracht werden und im QMS (m/z<2000u) nachgewiesen
werden. Im Falle von Au11 (M=5303u) konnten die Peaks des Massenspektrums eindeutig zugeordnet werden. Im Gegensatz zu Biomolekülen
werden für Au55 bei gleicher Ionisationswahrscheinlichkeit der Liganden
Ionen mit m/z>2000 erwartet. Für TEM Untersuchungen wurden Gold
Nanokristalle aus einem Elektrospray sowohl an Luft als auch nach Einkopplung ins Hochvakuum auf Kohlenstoffnetzchen gesammelt. Sowohl
Au11 als auch Au55 Partikel konnten mit dem TEM einzeln aufgelöst
werden. Sie fanden sich jedoch meist als Inseln aus einigen bis einigen
hundert Nanokristallen.
Erzeugung und Untersuchung mehrfach geladener Fullerene in
Ionenzyklotronresonanz-Fallen — •Franklin Martinez1 , Markus Eritt1 , Alexander Herlert1 , Roland Jertz2 , Andreas
Lassesson1 , Gerrit Marx1 , Lutz Schweikhard1 und Noelle
Walsh1 — 1 Institut für Physik, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald, Domstraße 10a, D-17487 Greifswald — 2 Bruker-Daltonik GmbH,
Fahrenheitstraße 4, D-28359 Bremen
Mit einer kommerziellen FT-ICR-MS-Apparatur in Bremen und mit
der ClusterTrap in Greifswald wurde die Erzeugung mehrfach geladener
Fullerene untersucht. Sowohl dikationische als auch dianionische Teilchen
wurden gespeichert. Ziel der Experimente ist die Untersuchung der Stabilität und Zerfallsmoden dieser Fullerene. Dabei sollen Elektronenstoßionisation, Aktivierung durch Stöße mit inerten Atomen und Photoanregung zur Anwendung kommen. Der Vortrag gibt einen Überblick über
die bisherigen Resultate und die geplanten Messungen.
Elektrospray von Au11 und Au55 Clustern in Kombination mit
TEM Untersuchungen — •J. Ströbele1 , E. Reiger1 , A. Zeilinger1 , M. Arndt1 , T. Waitz2 , C. Rentenberger2 und H.P.
Karnthaler2 — 1 Experimentalphysik, Univ. Wien — 2Materialphysik,
Univ. Wien
Die mögliche Verwendung von Nanokristallen für die Molekülinterferometrie erfordert effiziente Quellen und Detektoren für massive Objekte.
Ligandenstabilisierte Gold-Nanokristalle sind interessante Kandidaten,
da sie für Sprayanwendungen zugänglich sind und in HRTEM detektiert
39
Quantitativer Spurennachweis von Stickoxiden, Ammoniak,
Kohlenmonoxid und Aromaten mit Lasermassenspektrometrie
an Motorprüfständen — •Rares Vintan, Ronald Weishäupl,
Alexander Bornschlegl und Ulrich Boesl — Institut für
Physikalische und Theoretische Chemie, TU-München, Lichtenbergstr.
4, 85747 Garching.
Der schnelle Simultannachweis von Spurenschadstoffen in Verbrennungsabgasen stellt nach wie vor hohe Anforderungen an die Analytik.
Besonders kritisch sind die Stickoxide NO und NO2. In diesem Beitrag
wird ein Flugzeit-Lasermassenspektrometer vorgestellt, das einen simultanen Nachweis von NO, NO2und Ammoniak in motorischen Abgasen
am Motorprüfstand ermöglicht. Wir haben sowohl für diese Zielsubstanzen, als auch weitere relevante Abgaskomponenten (N2O, CO, O2, H2O,
Aromaten) geeignete Ionisationswellenlängen gefunden. Zur Überprüfung
wurden Quantifizierungsprozeduren erarbeitet und umfangreiche Messserien an Otto- und Dieselmotoren, vor und nach Katalysatoren durchgeführt. Mit Hilfe eines neuartigen Probenahmesystems konnten die Konzentrationsverläufe diverser Abgaskomponenten über die verschiedenen
Takte eines Arbeitsspiels direkt im Zylinder gemessen werden. Daraus
entstanden kurbelwinkel-aufgelöste Konzentrationsverläufe für NO, CO,
H2 O, Toluol und O2 .
Massenspektroskopie an optischen Gläsern und Kristallen mit
gepulster Nd:YAG-Laseranregung — •Bernhard Wiedemann
und Jörg Dieter Meyer — Institut für Kernphysik der Johann Wolfgang Goethe-Universität, August-Euler-Str. 6, D-60486 Frankfurt
Zur massenspektrometrischen Charakterisierung optischer Gläser und
Kristalle wurde eine Ionenquelle mit gepulster Nd:YAG-Laseranregung
aufgebaut. Das Laserbündel wird bei einem Durchmesser kleiner 9 mm,
einer Divergenz kleiner 0.5 mrad und einem Winkel von 450 zur ionenoptischen Achse eines Massenspektrometers mit einer plankonvexen Linse
durch ein Fenster des UHV-Rezipienten auf die Probe fokussiert. Bei der
Wellenlänge 532 nm und der Repetitionsrate 30 Hz wird an der Oberfläche der Probe durch Laserpulse ein Plasma erzeugt. Die Durchmesser
der Erosionskrater sind für Pulslängen kleiner 10 ns und Pulsenergien
zwischen 3 mJ und 4 mJ kleiner 30 µm. Die aus dem Plasma extrahierten
Ionenströme werden in der Fokalebene eines 21-110 Massenspektrometers
nach m/z getrennt mit einer ionenempfindlichen Q-Platte nachgewiesen.
Erste Ergebnisse der LSMS (Laser Source Mass Spectrometry) von glasartigem SiO2 und einkristallinem CaF2 werden gezeigt.
Development of a new 60 kV high-voltage switch for the
ISOLTRAP experiment at ISOLDE/CERN — •S. George1 ,
K. Blaum2 , P. Delahaye2 , F. Herfurth2 , H.-J. Kluge3 , S.
Stahl4 , and C. Yazidjian3 — 1 Fakultät für Physik, Westfälische
Wilhelms-Universität, 48149 Münster, Germany — 2 CERN, Division EP,
1211 Geneva 23, Switzerland — 3 GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt,
Germany — 4 Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität,
55099 Mainz, Germany
ISOLTRAP is a Penning trap mass spectrometer dedicated to the highprecision measurement of the masses of exotic nuclides [1]. It is supplied
with radioactive ions at 60 keV energy from the ISOLDE facility. The
beam conditioning stage of ISOLTRAP is situated on a high-voltage
platform. To adapt the ion cloud’s potential energy for transport to the
Penning trap setup a drifttube is switched rapidly from about 60 keV to
ground potential while the ion cloud resides in it [2]. To reduce a fluctuation in secondary-beam energy brought about by a leakage current in
the present switch setup we designed and built a new fast high-voltage
switch to replace the used asymmetric switch. The setup as well as first
results will be presented.
[1] F. Herfurth et al., J. Phys. B 36 (2003) 931.
[2] F. Herfurth et al., Nucl. Instrum. Methods A 469 (2001) 254.
Spatially Resolved Ultra Trace Analysis of Elements using
Laser Desorption and Resonance Enhanced Photoionisation
— •Ilia Strachnov1 , Klaus Eberhardt2 , Gerhard Huber1 ,
Sergej Karpuk1 , Nikita Kotovski1 , Jochen Maul1 , Gerd
Passler1 , Maria Carmen Roca1, Norbert Trautmann2 , and
Klaus Wendt1 — 1Institut für Physik, Staudingerweg 7, — 2 Institut
für Kernchemie, Fritz-Strassmann-Weg 2, 55099 Mainz
A novel method for the spatially resolved ultra-sensitive and elementselective trace analysis is presented. The main concept is based on the
combination of a commercial MALDI-TOF mass spectrometer, originally
conceived for biomolecular analytics, with a pulsed tunable laser system
for the resonant postionisation of neutrals. The analytical qualities are
pointed out, such as the mass resolution, the overall detection efficiency,
the element selectivity, the spatial resolution and the accuracy in the determination of isotopic ratios. Furthermore, a convenient way to perform
an in situ mass calibration is explained.
In view of further applications, the methodical developments were done
using the elements gadolinium (Z=64) and uranium (Z=92), closely connected to cosmochemical questions and to the environmental trace detection of actinide elements in the latter case.
Kernstrukturuntersuchungen an 70 Cu mittels PenningfallenPräzisionsmassenspektrometrie an ISOLTRAP — •K. Blaum1,2 ,
G. Audi3 , D. Beck2 , G. Bollen4 , P. Delahaye1 , C. Guenaut3 ,
F. Herfurth1 , A. Kellerbauer1 , H.-J. Kluge2 , D. Lunney3 , S.
Schwarz4 , L. Schweikhard5 und C. Yazidjian2 — 1CERN, Division
EP, 1211 Geneva 23, Switzerland — 2 GSI, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany — 3 CSNSM–IN2P3–CNRS, 91405 Orsay–Campus, France — 4 NSCL, Michigan State University, East Lansing, MI 48824–1321,
USA — 5 Inst. f. Phys., Ernst-Moritz-Arndt-Universität, 17487 Greifswald, Germany
Das ISOLTRAP-Massenspektrometer am on-line Isotopenseparator
ISOLDE/CERN benutzt eine Penningfalle zur Bestimmung von Atommassen bzw. Kernbindungsenergien kurzlebiger Radionuklide. Dabei wird
die Masse der gespeicherten Ionen durch Messung der Zyklotronfrequenz in einem homogenen Magnetfeld bestimmt. Auch für sehr kurzlebige Nuklide mit nur 100 ms Halbwertszeit werden relative Massengenauigkeiten von δm/m = 1 · 10−8 erreicht [1]. Das extrem hohe
Massenauflösungsvermögen (R = 107 ) von ISOLTRAP erlaubt zudem
die Unterscheidung zwischen einem Kern im Grundzustand und einem
angeregten isomeren Zustand. Durch Kombination von PenningfallenMassenspektrometrie mit resonanter Laserionisation konnte im Falle von
70
Cu das seid langer Zeit bestehende Problem der unbestimmten Zustandszuordnung zwischen Grundzustand und zwei isomeren Zuständen
eindeutig mit Hilfe der Massenmessungen gelöst werden.
[1] F. Herfurth et al., J. Phys. B 36 (2003) 931.
Bimodale Velocity Distribution of Neutral Atoms released from
Laser Ablation — •Jochen Maul1 , Klaus Eberhardt2 , Gerhard Huber1 , Sergej Karpuk1 , Gerd Passler1 , Ilia Strachnov1 , Norbert Trautmann2 , and Klaus Wendt1 — 1 Institut für
Physik, Staudingerweg 7, 55099 Mainz — 2 Institut für Kernchemie, FritzStrassmann-Weg 2, 55099 Mainz
Laser ablation and desorption techniques are commonly used in material science and microanalytics. The laser ablation process itself, however,
is only partially understood. With increasing laser fluences, e.g., different
thresholds are observed, thus turning the process more and more manifold. We present a postionisation analysis of neutral atoms released from a
metallic gadolinium target by UV-laser ablation. Using a variable delay
between ablation and postionisation, we have investigated the velocity
distribution in the ablated plume. The presented results are obtained in
the weakest regime directly above the onset for ablation where neutral
species are produced exclusively, and also in a higher regime where both
ions and neutrals are released. The results can be described by a bimodale structure of the ablation process, involving the prompt release of
particles induced by a shockwave, followed by the emission of a thermal
vapour.
In order to probe the kinematics of the ablated ions, different kinetic
energy classes of the charged species are selected by repulsive electric
fields of different duration. Finally, the kinematics of the neutral and of
the charged species are compared.
40
Dynamical Concept to Resolve Single-Single Chemical Transformation — •Victor Wei-Keh Wu — Department of Electronic
Engineering, Lan-Yang Institute of Technology, 261-02 Tou-Cheng, ILan, Taiwan, ROC., Fax:+886-(0)3-977-4483, Tel:-977-1997-ext-231(O),
+886-0919-300-525(direct), Email:[email protected]
Investigation of dynamic behavior(s) is the only way to know the transformation as well as conformational mechanism of a chemical reaction,
and then to manipulate its route(s) and mechanism(s). The new challenging trend to investigate biomolecular reaction dynamics comparing
with the traditional simple atomic and molecular reaction dynamics (3
4̃ atomic system) is much more complicated and difficult as thought.
The recently developed experimental method of FRET (Fluorescence
Resonance Energy Transfer) or spFRET - NSOM (Near-field Scanning
Optical Microscopy, because of the difficult pronunciation it is often
called as SNOM), eventual combined with Optical Tweezer, combining
with MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization - Time of
Flight Mass spectroscopy) is quite full of promises. All of these investigations must be limited within a small intra- or intermolecular interacting region, as well as for a system of limited number of atoms of both
interacting functional groups or sites, whatever the results of simulation can be also satisfied. Ref. V. W.-K. Wu, Verh. Dtsch. Phys. Ges.,
62(2), 161, MS3.7 (1998). The author is at the same time in charge of
Victor Basic Research Laboratory e. V., Bielefeld, Germany (Email: 1.
[email protected], 2. [email protected], http://www.unibielefeld.de/ fkure, Telefax:+49-(0)521-5213339)
MS 8 Cluster
Raum: HS 112
MS 8.1 Do 16:30 HS 112
Erzeugung
und
Nachweis
größenselektierter
Molekülclusterionen — •Muhammer Bulat, Ulf Bergmann,
Klaus Rademann und Wolfgang Christen — HumboldtUniversität zu Berlin, Institut für Chemie, Brook-Taylor-Straße 2,
D-12489 Berlin
Wir stellen eine neue Clusterapparatur zur Erzeugung und Untersuchung massenselektierter Molekülclusterionen vor. Die Molekülcluster
(2 − 1000 Moleküle) werden mittels adiabatischer Expansion des Prozessgases ins Vakuum erzeugt. Durch hohe Expansionsdrücke (150 bar)
und tiefe Temperaturen ( − 180 ◦ C) des expandierenden Gases können
auch Cluster aus nur schwach wechselwirkenden Systemen mit hohen
Intensitäten erzeugt werden. Dieser Clusterstrahl wird mit Hilfe niederenergetischer Elektronen ionisiert. Ein Faraday-Cup bzw. ein kompaktes
Flugzeit-Massenspektrometer erlauben die Massenanalyse der entstandenen Clusterionen.
C60 -Metall-Cluster gegenüber der reinen C60 -Cluster entscheidend erhöht
ist, je nach Clustergrösse von ca. Tz ≈ 300 K auf über 1500 K. Insbesondere erweisen sich bei kleinen Clustern diejenigen als besonders stabil,
die dem Bildungsgesetz (C60 )n Ba2n−1 bzw. (C60 )n K2n gehorchen. Ausgehend von diesen Ergebnissen werden die Bindungsverhältnisse im Cluster
mit Hilfe eines Modells beschrieben, welches eine Konkurrenz aus bindendem Elektronentransfer vom Metall zum C60 sowie Coulombabstossung
zwischen den positiven Metallion-Rümpfen annimmt.
MS 8.3 Do 17:00 HS 112
Cluster size and charge dependence reactions of the highly
exothermic azidoacetonitrile on anionic and cationic rhodium
clusters — •Iulia Balteanu, O. Petru Balaj, Brigitte Fox,
Martin Beyer, and Vladimir Bondybey — Institut für Physikalische und Theoretische Chemie 2, Technische Universität München, Lichtenberg Str. 4, 85748 Garching
Gas-phase reactions of anionic and cationic rhodium clusters with azidoacetonitrile are studied by Fourier transform ion cyclotron resonance
(FT-ICR) mass spectrometry under near-thermal conditions. All anionic
and large cationic clusters react by adding [C2 , H2 ] in consecutive steps,
either by forming interstitial carbides and nitrides or by adding two CN
groups to the cluster surface. Small cationic clusters behave differently,
with the unimolecular decomposition of the azide determining the reactivity. Saturation is identified via the size-dependent efficiency of consecutive reaction steps. The present results are the first study of organic
azides on transition metal clusters. The observed selectivity of the reaction is in contrast to the high exothermicity of any reaction with azide
species. The cationic cluster reactivity shows a gradual transition from
gas-phase to surface-like behavior with increasing cluster size.
MS 8.2 Do 16:45 HS 112
Thermische Stabilität von C60 -Metall Clustern — •Dmitrij N.
Ievlev1,2 , Nikola Malinowski2 , Axel Enders2 und Klaus Kern2
— 1 Laboratorium voor Vaste-Stoffysica en Magnetisme, Katholieke
Universiteit Leuven, Celestijnenlaan 200D, B-3001 Leuven, Belgium
— 2 Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Heisenbergstraße 1,
70569 Stuttgart, Germany
Die thermische Stabilität von C60 -Ba und C60 -K Clustern wurde experimentell mit Hilfe eines Flugzeit-Massenspektrometers untersucht.
Die Cluster wurden im Heliumbad mit Hilfe einer kombinierten Heiz/Kühlstufe im Temperaturbereich zwischen 150 K und 1800 K thermalisiert und die Zerfallstemperaturen Tz als Funktion der Stöchiometrie
bestimmt. Die Experimente zeigen, dass die thermische Stabilität der
MS 9 Anionische Systeme
Raum: HS 112
MS 9.1 Do 17:45 HS 112
Addition of a Hydrogen Atom to Acetonitrile by Hydrated
Electron Nanodroplets — •O. Petru Balaj, Iulia Balteanu,
Brigitte Fox-Beyer, Martin Beyer, and Valdimir E. Bondybey — Institut für Physikalische und Theoretische Chemie 2, Technische
Universität München, Lichtenberg Str. 4 , 85748 Garching
Solvated electrons are the most fundamental model systems to study
electron transfer reactions, and they play an important role in radiation
chemistry and biology, as well as in organic and inorganic synthesis.
In the present study, we investigate the reactions of acetonitrile with
hydrated electrons (H2 O)−
n , n = 25 - 60, in a Fourier transform ion
cyclotron resonance (FT-ICR) mass spectrometer. More than 25 years
ago this reaction was observed by ESR spectroscopy in solution, but the
product was not identified.
Our studies indicate that reactivity studies of organic molecules in
hydrated electron nanodroplets can yield information complementary to
pulsed radiolysis studies in bulk solutions. In the cluster study, the product compositions can be clearly identified by mass spectrometry, and in
the present case it could be shown that the hydrated electron does induce
a transfer of an H atom from water to acetonitrile. The formation of a
solvent-stabilized radical anion as reactive intermediate is suggested to
be a possible first step in the organic chemistry of the hydrated electron.
MS 9.2 Do 18:00 HS 112
Anionen Lasermassenspektrometrie von substituierten Aromaten — •Martin Tschurl, Christoph Ueberfluß, Volker Distelrath und Ulrich Boesl — Institut für Pysikalische und Theoretische Chemie, TU München, 85747 Garching
Wegen hoher Fragmentierung (bis zu 100%!) stellen viele substituierte Aromaten, wie z.B.: Nitroaromaten oder hoch chlorierte aromatische
Verbindungen, in der Massenspektrometrie immer noch ein Problem dar.
Diese Fragemtierung tritt sowohl bei Elektronenionisation wie auch bei
Multiphotonenionisation auf. Selbst der Einsatz von Femtosekundenlasern bietet keine zufriedenstellende Lösung. Mit sanfter“ Elektronen”
anlagerung können diese Schwierigkeiten jedoch umgangen werden. Anhand von Nitrobenzol soll hier gezeigt werden, dass derartige Substanzen mittels laserinduzierte Photoelektronenanlagerung fragmentfrei analysiert werden können. Um Strukturisomere verschiedener Aromaten unterscheiden zu können, kann in einem zweiten Schritt Photodetachment
41
von negativen Ionen erfolgreich zur Selektivitätssteigerung in der hochselektiven Massenspektrometrie eingesetzt werden kann. Kollineare optische Anregung an einem schnellen Strahl negativer Ionen mittels eines präzise in den Bereich der Neutralisationsschwelle abgestimmten Lasers führt zum selektiven Photodetachment und damit zur Neutralisation eines bestimmten Isotops, während das oder die Nachbarisotope des
gleichen Elements sowie Moleküle nicht beeinflusst werden. Durch kollineare bzw. antikollineare Geometrie zwischen Ionen- und Laserstrahl
kann gezielt das leichtere bzw. schwerere Isotop neutralisiert werden. An
Schwefelisotopen konnten Unterdrückungsfaktoren um 50 gezeigt werden. Durch Wahl eines besser geeigneten Lasersystems kann dieser Wert
deutlich gesteigert werden. Weitere Experimente am Kohlenstoff sind in
Vorbereitung, mit vorgesehenen Anwendungen in der Beschleunigermassenspektrometrie oder an Sektorfeld-Massenspektrometern im kVolt Bereich.
- Photoelektronenspektroskopie (PD-PES) betrieben werden. Ein interessanter Nebeneffekt der PD-PES ist der Zugang zu Triplettzuständen,
die in der konventionellen UV-Spektroskopie meist unerreichbar bleiben.
Ergebnisse werden anhand mehrerer Aromaten gezeigt.
MS 9.3 Do 18:15 HS 112
Selektivitätssteigerung durch Laser Photodetachment Massen
Spektrometrie — •Klaus Wendt1 , Joakim Sandstroem2 ,
Pontus Andersson2 , Karin
Fritioff2 , Dag Hanstorp2 ,
Richard Thomas3 und David Pegg4 — 1 Institut für Physik,
Johannes Gutenberg-Universität Mainz, D-55099 Mainz, Germany —
2
Department of Physics, Chalmers University of Technology, SE-412 96
Göteborg, Sweden — 3Department of Physics, Alba Nova, Stockholm
University, SE-106 91 Stockholm, Sweden — 4Department of Physics,
University of Tennessee, Knoxville, Tennessee 37996, USA
Wir zeigen, dass die Technik des laserinduzierten Photodetachments
42
MOLEKÜLPHYSIK (MO)
Prof. Dr. Martina Havenith-Newen
Lehrstuhl für Physikalische Chemie II
Ruhr-Universität-Bochum
Universitätsstraße 150
44780 Bochum
(Hörsäle HS 315, HS 332 und HS 355)
Hauptvorträge
MO I
Di
MO II
Di
MO III
Di
MO IV
Do
MO V
Do
MO VI
Do
11:00 (HS 332) Schwingungsdynamik in molekularen und ionischen Clustern,
Marius Lewerenz
11:30 (HS 332) Physics and applications of terahertz time-domain spectroscopy on molecular crystals, Peter Uhd Jepsen, Bernd Fischer, Matthias Hoffmann, Markus
Walther
12:00 (HS 332) High spectral resolution non-linear optical microscopy with chirped,
broad-band femtosecond pulses, Andreas Zumbusch, Thomas Hellerer, Annika Enejder, Ondrej Burkacky
11:00 (HS 332) Molecular BEC and Quantum Computing: An Optimal Control Approach, Regina de Vivie-Riedle, Thomas Hornung, Ulrike Troppmann, Carmen
Tesch
11:30 (HS 332) Die mehrdimensionale Wellenpaketsdynamik ultraschneller Reaktionen,
Stefan Lochbrunner
12:00 (HS 332) Wellenpakete und ultraschnelle Photochemie in moleküldotierten
Festkörpern, Nikolaus Schwentner
Fachsitzungen
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
1
2
3
4
5
6
7
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
8
9
10
12
13
14
15
Experimentelle Techniken
Experimentelle Techniken, Kalte Moleküle
Elektronische Übergänge
Femtosekundenspektroskopie: Elektrontransfer
Theorie I
Cluster I
Femtosekundenspektroskopie:
Protontransfer
+
Energiefluss
Theorie II
Photoelektronenspektroskopie
Femtosekundenspektroskopie: Schwingungsdynamik
Poster I
Spektroskopie von Molekülen in He-Clustern
Spektroskopie von Molekülen in He-Clustern
Femtosekundenspektroskopie: Photoelektronen +
Isomerisierung
43
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
11:00–11:30
11:30–12:45
11:00–13:00
11:00–12:45
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
HS
HS
HS
HS
HS
HS
HS
332
332
355
315
355
332
315
Mo
Mo
Mo
Di
Di
Di
Di
16:30–17:30
16:30–18:45
16:30–18:00
14:00–16:00
16:30–17:00
17:00–18:30
16:30–18:30
HS 355
HS 332
HS 315
Schellingstr. 3
HS 355
HS 355
HS 315
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
1.1–1.1
2.1–2.5
3.1–3.8
4.1–4.7
5.1–5.8
6.1–6.8
7.1–7.8
MO
MO
MO
MO
MO
MO
MO
8.1–8.4
9.1–9.9
10.1–10.6
12.1–12.27
13.1–13.1
14.1–14.6
15.1–15.8
MO
MO
MO
MO
MO
17
18
19
20
21
Poster II
Stossprozesse, Energietransfer
Cluster II
Schwingung und Rotation
Ultrakurze Lichtimpulse: Quantenkontrolle (gemeinsame Sitzung mit Fachverband Q)
Mitgliederversammlung des Fachverbands Molekülphysik
Di 12:30–13:00
HS 332
Mitgliederversammlung MO
Tagesordnung:
Berichte aus dem Vorstand
Wahl des/der stellvertrenden Fachverbandsvorsitzenden
Verschiedenes
44
Do
Do
Fr
Fr
Fr
14:00–16:00
16:30–18:15
11:00–13:00
11:00–12:45
11:00–13:00
Schellingstr. 3
HS 355
HS 332
HS 355
HS 223
MO
MO
MO
MO
MO
17.1–17.28
18.1–18.7
19.1–19.8
20.1–20.7
21.1–21.8
Hauptvorträge
Hauptvortrag
microscopical techniques. Its application to microscopy will be demonstrated with imaging of various biological samples.
MO I Di 11:00 HS 332
Schwingungsdynamik in molekularen und ionischen Clustern —
•Marius Lewerenz — LADIR, UMR 7075, Bat F74, BP 49, Universite Pierre et Marie Curie, 4, Place Jussieu, F-75252 Paris Cedex 05,
Frankreich
Die Schwingungsdynamik von Molekülclustern wird durch die Koexistenz von relativ hochfrequenten intramolekularen Schwingungsmoden und tieffrequenten intermolekularen Moden mit grossen Amplituden gekennzeichnet. Die Kopplung zwischen diesen Gruppen von Moden ist von wesentlicher Bedeutung für das Phänomen der Schwingungsprädissoziation. Bei Clustern aus vielatomigen Molekülen kommt als
weiterer wichtiger Prozess die intramolekulare Schwingungsenergieumverteilung (IVR) hinzu. Der Vortrag stellt kombinierte experimentelle
und theoretische Untersuchungen zur Schwingungsdynamik in molekularen Komplexen mit Wasserstoffbrückenbindungen vor, bei denen im
Gegensatz zu den gut untersuchten kleinen Systemen wie (HF)2 beide genannten dynamischen Prozesse eine wichtige Rolle spielen. Die detaillierte Analyse und theoretische Modellierung der anharmonischen Schwingungsspektren exemplarischer Komplexe im Düsenstrahl und in Langwegzellen weist auf das Vorhandensein eines universellen Kopplungsmechanismus zwischen gewissen intramolekularen Moden und den Moden
der H-Brücke hin.
Hauptvortrag
MO IV Do 11:00 HS 332
Molecular BEC and Quantum Computing: An Optimal Control
Approach — •Regina de Vivie-Riedle1,2 , Thomas Hornung2 ,
Ulrike Troppmann1 , and Carmen Tesch2 — 1 Department Chemie,
Ludwig-Maximilians-Universität München — 2 Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Garching
Control of quantum systems with shaped femtosecond laser pulses is
an exciting research field with increasing impact in many different areas
of chemistry and physics. The focus of our work is on molecular systems
which ultimately can be used as molecular devices. Our basic tool is the
Optimal Control Theory which allows us to find the optimal laserfield for
any selected objective. To obtain a flexible, realiable and robust tool, we
extended the control algorithms to handle complex molecules, to include
multiple target states as well as laboratory constraints.
Two different applications combining concepts of molecular physics
with topics of interest in quantum optics will be presented. First control
scenarios for the coherent formation of cold molecules with a sequence of
optimized laserpulses will be discussed as well as the subsequent preparation of fast phase gates in the formed vibrational groundstate of the
diatomic /1/. The second example is the implementation of a set of elementary quantum gates and quantum algorithms operating on molecular
vibrational modes /2/.
Hauptvortrag
MO II Di 11:30 HS 332
Physics and applications of terahertz time-domain spectroscopy
on molecular crystals — •Peter Uhd Jepsen, Bernd Fischer,
Matthias Hoffmann, and Markus Walther — Department of
Molecular and Optical Physics, University of Freiburg, Hermann-HerderStrasse 3, D-79104 Freiburg, Germany
Since the late 1980’s terahertz time-domain spectroscopy (THz-TDS)
has been developed into a powerful technique for the recording of the
dielectric function, represented as the absorption coefficient and index
of refraction, in the frequency range 0.1-5 THz. The technique has enabled many important scientific discoveries in the fields of semiconductor
physics, atomic physics, chemistry, and biology. In this presentation we
will give an overview of the use of THz-TDS in spectroscopy of the lowest
vibrational modes of molecular crystals. The technique can be used as
a direct and sensitive probe of weak intermolecular interactions, such as
van der Waals forces. Furthermore, the technique also allows identification of sealed chemical compounds. Since most illicit materials (such as
drugs and explosives) are found in the form of polycrystalline powders,
we see interesting applications in the areas of quality control, safety, and
security.
[1] Th. Hornung, S. Gordienko, R. de Vivie-Riedle,B.J. Verhaar Phys. Rev., A66,
(2002), 043607.
[2] C. M. Tesch, R. de Vivie-Riedle, Phys. Rev. Lett., 89, (2002), 157901.
Hauptvortrag
MO V Do 11:30 HS 332
Die mehrdimensionale Wellenpaketsdynamik ultraschneller Reaktionen — •Stefan Lochbrunner — Lehrstuhl für BioMolekulare
Optik, Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
Die Entwicklung abstimmbarer Quellen für kürzeste Lichtimpulse im
sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich mit Pulsdauern bis unter 10 fs erlaubt es uns, Spektroskopie auf der Zeitskala von Molekülschwingungen zu betreiben und damit die Kernbewegungen während
einer Reaktion in Echtzeit zu verfolgen. Beim intramolekularen Doppelprotontransfer beobachten wir in den beiden parallel auftretenden
Reaktionskanälen des konzertierten und des sequentiellen Transfers die
kohärente Anregung der jeweils den Transfer induzierenden Schwingungsmoden. Der sequentielle Transfer führt zu einem spontanen Symmetriebruch und zur Anregung einer antisymmetrischen Mode, die gemäß
den Auswahlregeln für Dipolübergänge nicht direkt an den optischen
Übergang koppeln kann, sondern rein durch die reaktive Dynamik angeregt wird. Optisch inaktive Moden sind auch häufig für sehr effiziente elektronische Zustandswechsel verantwortlich. Bei der Photo-FriesUmlagerung zeigen unsere Messungen erstmalig, dass der schnelle Bindungsbruch und die Radikalentstehung durch eine derartige Kopplung
des optisch angeregten Zustandes mit einem dunklen elektronischen Zustand verursacht werden. Ein ähnlicher Mechanismus setzt bei der internen Konversion in Protontransfersystemen die Energielückenregel außer
Kraft.
Hauptvortrag
MO III Di 12:00 HS 332
High spectral resolution non-linear optical microscopy with
chirped, broad-band femtosecond pulses — •Andreas Zumbusch, Thomas Hellerer, Annika
Enejder, and Ondrej
Burkacky — Department Chemie - LMU München - Butenandtstr.
11 - 81377 München
During the last decade, different techniques of non-linear optical microscopy have become versatile tools for cell microscopy. The latest addition to this list is Coherent Anti-Stokes Raman Scattering (CARS) microsopy. Compared to other non-linear mircroscopies, CARS microscopy
has the big advantage of offering chemical sensitivity, i.e. the presence
of vibrational bands is monitored directly and no external labeling is
necessary.
After the demonstration of three-dimensional CARS microscopy with a
pulsed fs-laser system, recent years have seen many different technical developments. Most are aimed at improving the signal to background ratio
by reducing and suppressing the non-resonant signal. We will demonstrate a new simple and straightforward approach, how this goal can
be achieved. It will be shown how the bandwidth of broad-band fs-laser
pulses can be spectrally focussed onto the vibrational resonance under
investigation. For this purpose, the excitation pulses are chirped in order to keep their instantaneous frequency difference constant. Spectral
features that are 100 times narrower than the excitation bandwidth are
easily resolved. This approach is generaly applicable for other non-linear
Hauptvortrag
MO VI Do 12:00 HS 332
Wellenpakete und ultraschnelle Photochemie in moleküldotierten Festkörpern — •Nikolaus Schwentner —
Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee
14, 14195 Berlin
Kohärente photoinduzierte Prozesse in multidimensionalen Systemen
(z.B. Biomoleküle, Moleküle in kondensierter Phase) finden großes Interesse. Wir klären mit Ultrakurzzeitspektroskopie an halogendotierten
Edelgaskristallen (FCl, Cl2 , Br2 und I2 in Ar und Kr) die grundlegenden Bedingungen, unter denen Wellenpaketdynamik bei Dissoziation, Rekombination, Energierelaxation und nichtadiabatischen Übergängen beobachtet werden kann. Bei Anregung im Bereich der Dissoziationsgrenze
wird bereits im ersten Stoß der größte Teil der kinetischen Energie abgegeben. Trotzdem bleibt die Schwingungsdynamik weitgehend kohärent
45
und die Wellenpaketbewegung setzt sich im gebundenen Bereich fort. Sie
kann sogar auf andere elektronische Zustände übertragen werden. Der
Energieübertrag an die Matrix erfolgt über mehrere ebenfalls kohärente
Moden. Auffällig ist eine impulsive Anregung von kohärenten Zonenrandphononen der Edelgaskristalle beim elektronischen Übergang [1]. Die
starke Wechselwirkung der Fragmente mit den Käfigatomen führt zu einem Transfer von Singulett- zu Triplettzuständen innerhalb 500 fs [2].
Nichtzentrale Stöße bewirken eine ähnlich schnelle Rekombination mit
gedrehter Molekülachse. Der Austritt kleiner Fragmente (F) aus dem
Käfig erfolgt in Schüben entsprechend der Oszillationsperiode der Wellenpakete im 200 fs Bereich.
[1] M. Gühr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 085504 (2003)
[2] M. Bargheer et al., Phys. Rev. Lett. 89, 108301 (2002)
46
Fachsitzungen
– Fach-, Kurzvorträge und Posterbeiträge –
MO 1 Experimentelle Techniken
Raum: HS 332
1
Fachvortrag
Σ+
g
1
Σ+
u
1
Σ+
g
1
Σ+
g ),
scheme X
→ A
→ 5
(or 6
with a cw probe laser in
the first step and a cw dressing laser in the second step. The variation of
the fluorescence intensities from the intermediate and upper levels with
the frequency of the pump and probe lasers contains information about
the lifetime and branching ratio of the upper state. These quantities can
be easily accessed by a proper choice of the detuning of pump laser from
the resonance and the intensity of the probe laser. The lifetime of the
51 Σ+
g state is measured to be about the same as that of the intermediate
1 +
1 +
A 1 Σ+
u state, while for 6 Σg it is twice as large. The 5 Σg state decays
1 +
almost exclusively to the A1Σ+
u state, but decay of the 6 Σu occurs predominantly through other channels.
MO 1.1 Mo 11:00 HS 332
Autler-Townes effect as a probe of properties of excited
molecular states. — •R. Garcia Fernandez1 , A. Ekers1 , J.
Klavins2 , L.P. Yatsenko3 , N.N. Bezuglov4 , O. Kaufmann1 ,
B.W. Shore1 , and K. Bergmann1 — 1 FB Physik, TU Kaiserslautern.
— 2 Dept. of Physics, University of Latvia, Riga. — 3 Inst. of Physics of
the Academy of Sciences, Kiev, Ukraine. — 4 V.A. Fock Inst. of Physics,
Univ. St.Petersburg, Russia
A novel method for the characterization of highly excited molecular states utilizing the Autler-Townes splitting is demonstrated for Na2
molecule. The experiment employs a supersonic beam and a cascade
MO 2 Experimentelle Techniken, Kalte Moleküle
Raum: HS 332
MO 2.1 Mo 11:30 HS 332
Laser Spectroscopy of Ultracold Molecular Hydrogen Ions
in a Linear RF-Trap — •Ulf Fröhlich1 , Bernhard Roth1 ,
Thomas Fritsch1 , Claus Lämmerzahl2 , and Stephan Schiller1
— 1 Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, D-40225 Düsseldorf —
2
Universität Bremen, D-28359 Bremen
We present an experiment aimed at high-resolution spectroscopy of the
ro-vibrational level structure of HD+ . As one of the simplest molecules,
HD+ is particularly suitable to test theories of molecular structure.
The HD+ molecular ions will be confined in a linear rf-trap and cooled
via Coulomb interaction by laser cooled Be+ atomic ions confined in the
same trap (sympathetic cooling). At sufficient high cooling rates, the
laser cooled Be+ ions undergo a phase transition to an ordered structure
(Coulomb crystal). Numerical simulations show, that one can expect the
HD+ ions to be embedded in such a Be+ ionic crystal. In this way, an
ultra-cold ensemble of HD+ molecular ions can be prepared for highresolution laser spectroscopy.
So far, we have prepared and characterized Be+ ionic crystals of different size and shape suitable for embedding HD+ ions. Currently we are
trying to optimize the process of loading HD+ and Be+ ions into the
trap. Furthermore, we are now building up a stabilized laser system for
high-resolution spectroscopy of the (ν = 0, N = 4) - (ν = 4, N = 4)
transition of HD+ at 1.4 µm.
cold-molecule effort will be to determining the velocity distributions of
slow/cold molecules. These are convoluted in a diffraction pattern and
can be extracted with a high accuracy from an observed diffraction image.
MO 2.3 Mo 12:00 HS 332
Anwendung kalter, langsamer Moleküle zur hochauflösenden
Spektroskopie: Die Hyperfeinstruktur von 15 ND3 . — Jacqueline
van Veldhoven1 , •Jochen Küpper2 , Boris Sartakov3 , Hendrick
L. Bethlem1 und Gerard Meijer2 — 1 FOM Instituut voor Plasmafysica “Rijnhuizen”, Nieuwegein, Die Niederlande — 2 Fritz-Haber-Institut
der MPG, Abt. Molekülphysik, Berlin — 3Russian Academy of Science,
Inst. Gen. Phys., Moskau 119991, Rußland
Ultimativ ist die Auflösung jedes spektroskopischen Experiments durch
die Interaktionszeit zwischen untersuchtem Objekt und Messgerät limitiert. In den letzten Jahren sind verschiedene Methoden zur Erzeugung
kalter, langsamer Moleküle entwickelt worden. In unserer Gruppe erzeugen wir aus einem Überschallstrahl mit Hilfe geschalteter elektrischer
Felder Bündel langsamer und kalter Moleküle [1]. In dieser Arbeit haben
wir 15 ND3 im |11 i-Zustand auf 50 m/s abgebremst und an den langsamen
Molekülen Mikrowellen-UV Doppelresonanzspektroskopie durchgeführt.
Wir präsentieren Ergebnisse zum Inversionstunnelübergang von 15 ND3
bei 1, 59 GHz mit einer Linienbreite von etwa 1 kHz. Die gegenüber den
bisher höchstauflösenden Messungen [2] deutlich verringerte Linienbreite
ermöglicht es einzelne Hyperfeinübergänge aufzulösen und die Hyperfeinstruktur von 15 ND3 präzise auszuwerten.
[1] H.L. Bethlem und G. Meijer, Int. Rev. Phys. Chem. 22, 73 (2003)
[2] J. van Veldhoven, R.T. Jongma, B. Sartakov, W.A. Bongers, und G.
Meijer, Phys. Rev. A 66, 032501 (2002).
MO 2.2 Mo 11:45 HS 332
COOL MOLECULAR MICRO-BEAMS, FRIGID CLUSTERS,
AND GELID MOLECULAR DIFFRACTION IMAGES —
•Bretislav Friedrich — Fritz-Haber-Institut der MPG, Faradayweg
4-6, D-14195 Berlin
I will describe a versatile molecular beam source, employing supersonic
flow, pulsing, and ablation in a way that minimizes size and pumping requirements. The performance of the source is exemplified by producing a
cool pulsed supersonic molecular beam of CaF radicals, essentially without recourse to pumping. About 1012 CaF molecules cooled to a terminal
temperature of about 140 K are obtained per ablation pulse.
We have developed a general technique for orienting molecules,
amenable to a wide variety of species and applications. The key aspect
is to endow a polar molecule with a pseudo-first-order Stark effect. I will
describe how this effect comes about and discuss its use in the detection
of gas-phase HXeI clusters, generated by the photolysis of HI embedded
in the outer shells of large Xen clusters.
I will also describe a versatile imaging detector for neutral atoms and
molecules based on reactions with a vacuum-deposited silver surface. The
detector is endowed with the Fellgett advantage, has a demonstrated
sensitivity of several monolayers of molecules, and a dynamic range of
at least 100:1. One of the immediate applications of the detector in our
MO 2.4 Mo 12:15 HS 332
Generation of cold atoms and molecules by a rotating nozzle:
recent progress — •D.H. Meyer, N.-N. Liu, and H.J. Loesch —
Fakultaet fuer Physik, Universitaet Bielefeld, Universitaetsstrasse 25, D33615 Bielefeld
The rotating nozzle is an universal mechanical device to create a (quasi)
continuous beam of cold atoms and molecules. To date we have achieved
a Xe-beam featuring a most probable velocity of 40 m/s at a parallel
translational temperature of T(par) =10.4 K and 20 at 20 m/s. Similar
results have been obtained also for Kr. Modifications of the apparatus
are being realized presently with the aim to lower the peak velocity further and to exploit the cold atoms as carrier gases for polar molecules.
We will report on the results of these activities and on first experiments
about the manipulation of the cold molecules by inhomogeneous electric
fields. The applicability of the rotating nozzle for the continuous storage
of molecules in a ring trap will be discussed.
47
MO 2.5 Mo 12:30 HS 332
Paul trap for investigation of fluorescent nanoparticles —
•Kirstin Wohlfart and Olliver Benson — Nano Optics, Institut
für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, Hausvogteiplatz 5-7, 10117
Berlin, Germany
In order to study intrinsic properties of single nanoparticles and macromolecules the elimination of interaction between the particle and their
environment is desirable. This can be achieved by investigation of single,
charged particles in electrodynamic traps.
A Paul trap setup for trapping fluorescent nanoparticles charged by
electrospray ionisation was developed. The setup has an optimized optical
sensitivity which allowed the detection of single semiconductor nanocrystals or labeled macromolecules. In first test experiments the trap was
operated under atmosperic pressure and ambient conditions. Microscopy
and spectroscopy of spherical trapped particles in the micron range was
routinely feasible.
The theory of particle motion in a quadrupole trap was extended to
include damping of particle motion in air. It is shown that the shift of
the particle position due to an external static electric field is a simple
tool to determine both size and specific charge of the trapped particle.
MO 3 Elektronische Übergänge
Raum: HS 355
MO 3.1 Mo 11:00 HS 355
REMPI-Spektroskopie von NH2 D und NHD2 — •Moana
Nolde1 , Karl-Michael Weitzel1 und Colin M. Western2
— 1 Phillips-Universität Marburg, Institut für Physikalische Chemie,
Hans-Meerwein-Str., 35032 Marburg — 2 School of Chemistry, Cantock
Close, Bristol BS8 1TS, UK
Die REMPI-Spektroskopie ist eine hochselektive Nachweismethode, die
die Unterscheidung von Isotopomeren gestattet. In diesem Beitrag werden die Spektren der Ammoniak-Isotopomere NH2D und NHD2 vorgestellt.
Diese Moleküle werden durch H-/D-Austausch aus den isotopenreinen
Molekülen NH3 und ND3 dargestellt. Die REMPI-Spektren des NH2D
und NHD2 wurden ausführlich im Bereich der C̃’ -Rydbergserie untersucht. Die Spektren wurden mit dem asymmetrischen Kreiselmodell analysiert. Daraus können erstmals die spektroskopischen Parameter des C̃’
-Zustandes von NH2D und NHD2 bestimmt werden.
Elektronentransfers durch den Film, der zu einer Ladungstrennung auf
beide Seiten des Films führt. Dabei ist die Dichte der Pyrenmoleküle
nicht so hoch, dass sie sich untereinander berühren. Dies kann mit einer
vorzugsweisen Perkolation der Moleküle im Schichtsystem erklärt werden.
MO 3.4 Mo 11:45 HS 355
Anwendung gentischer Algorithmen zur automatisierten Zuordnung rovibronischer Spektren — •Michael Schmitt1, Christian
Ratzer1 , Leo Meerts2 und Gerrit Groenenboom2 — 1 HeinrichHeine-Universität Düsseldorf; Institut für Physikalische Chemie; D-40225
Düsseldorf — 2 University of Nijmegen; Department of Molecular and Laser Physics; NL-6500 GL Nijmegen
Die Zuordnung und Simulation rotationsaufgelöster UV-Spektren wird
mit zunehmender Molekülgrösse durch die starke Zunahme der Liniendichte immer schwieriger. Automatisierte Fitverfahren zur Simulation
dieser Spektren besitzen den Nachteil, dass das globale Minimum oft
verfehlt wird. Einen Ausweg bieten die genetischen Algorithmen, die den
Prozess der Evolution imitieren, um zu besseren Lösungen eines Optimierungsproblems mit vielen Dimensionen zu gelangen. Hierzu werden die
anzupassenden Parameter binär verschlüsselt (’Gene’) und die resultierenden Vektoren aller Parameter (’Chromosomen’) einer selektierenden
Reproduktion beziehungsweise spontanen Mutationen unterzogen. Nach
jeder Generation wird über eine Kostenfunktion die Fitness der Chromosomen beurteilt und nur die besten Lösungen einer weiteren Reproduktion zugeführt. Die Methode eignet sich hervorragend um sehr komplexe Spektren einzelner Spezies, oder auch vollkommen überlappende
Banden mehrerer verschiedener Spezies sicher zuzuordnen. Im Vortrag
wird die Methode diskutiert und ihre Anwendung auf die Anpassung der
molekularen Parameter an die Spektren verschiedener sehr komplexer
rovibronischer Spektren gezeigt, die mit herkömmlichen Methoden nicht
zuzuordnen sind.
MO 3.2 Mo 11:15 HS 355
On the control of Cl + versus D+ formation in the fragmentation of DCl + ions - a numerical wave packet study — •KarlMichael Weitzel1 and Mikhail V. Korolkov2 — 1 Institut für
Physikalische Chemie, Philipps-Universität Marburg, Hans-MeerweinStr., D-35032 Marburg, Germany — 2 B.I. Stepanov Institute of Physics,
National Academy of Sciences of Belarus, Scarina ave. 70, 220602 Minsk,
Republic of Belarus
The dissociation and predissociation of hydrogen chloride ions
(HCl + orDCl + ) have been investigated extensively in recent years.
From that work we know that dissociation of ions in the electronic
ground state, 2 Πi (i = 1/2, 3/2) leads to the formation of Cl + , while
predissociation from the first excited electronic state A 2 Σ+ via the
repulsive states, 4 Σ− 2 Σ− 4 Π , leads to the formation of H + (D+ ) ions.
Under certain conditions the formation of H + (D+ ) and Cl + directly
compete, which can be easily distinguished in a mass spectrometer.
In the current work we present results of numerical wave packet calculations aimed at controlling the yield of competing product channels
in the fragmentation of DCl + ). Here we have investigated the effect of
the following parameters: i. laser frequency, ii. laser intensity, iii. Laser
pulse duration and iv. chirp. This investigation clearly shows that the
control of product yield Cl + vs.D+ should be feasible by choice of the
appropriate laser field parameters.
MO 3.5 Mo 12:00 HS 355
Anwendungen der rotationsaufgelösten Ultraviolett-Mikrowellendoppelresonanzspektroskopie — •Michael Schmitt,
Böhm Marcel und Ratzer Christian — Heine-Heine-Universität
Düsseldorf, Institut für Physikalische Chemie, D-40225 Düsseldorf
Rotationsaufgelöste UV-Spektroskopie an großen Molekülen stellt eine wichtige Methode dar, um Molekülgeometrien in elektronisch angeregten Zuständen zu bestimmen. Leider werden für grösser werdende Moleküle die Rotationskonstanten immer kleiner und hierdurch die
Spektren, durch starke Überlappung einzelner Rotationslinien, immer
komplexer. Bei der UV-MW-Doppelresonanzspektroskopie wird selektiv ein Rotationsübergang im elektronischen Grundzustand angeregt.
UV-Übergänge, die vom unteren der Rotationsniveaus ausgehen werden durch die Populationsverminderung geschwächt, Übergänge, die vom
oberen Niveau ausgehen werden verstärkt. Bei phasensensitivem Nachweis erhält man ein bipolares Signal, dessen Vorzeichen die Information
über das Ausgangsniveau des UV-Signals enthält. Wegen der Drehimpulsauswahlregeln erhält man jeweils zwei Übergäng pro Zweig (P,Q,R)
im UV-Spektrum. Aus etwa 2000-4000 Linien im rotationsaufgelösten
UV-Spektrum erhält man so nur noch 6 Übergänge, für die zusätzlich
der Satz der unteren Quantenzahlen bestimmt ist. Die experimentelle
Verwirklichung der Methode wird vorgestellt und an ausgewählten Modellsystemen diskutiert.
MO 3.3 Mo 11:30 HS 355
Polaritätsgetriebener Elektronentransfer durch mesoskopisches
Schichtsystem — •Christian Spitz1 , D. von Seggern1 , R. Menzel1 , L. Li2 und H. Möhwald2 — 1 Universität Potsdam, Institut für
Physik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam — 2 Max-Planck-Institut
für Kolloid- und Grenzflächenforschung Am Mühlenberg 2, 14476 Golm
Nach der Marcus Theorie sollte es möglich sein, durch die Solvatation
die Energiezustände eines Chromophores derart abzusenken, dass er als
Akzeptor für ein ungelöstes Molekül des selben Typs wirken kann. Die
Schwierigkeit hierbei liegt darin, dass einerseits die Chromophore sich so
nahe sein müssen, dass ihre Wellenfunktionen überlappen und andererseits die Polarität ihrer Umgebung so stark differieren muss, dass sie als
Donor und Akzeptor wirken. Wir präsentieren organische Filme, die auf
eine neuartige Weise schichtweise aus Polyelektrolyten hergestellt werden und einen hohen Polaritätsgradienten über ihre Dicke von 20 nm
aufweisen.
Laserspektroskopisch gelang der Nachweis des polaritätsgetriebenen
48
MO 3.6 Mo 12:15 HS 355
Jet-cooled neutral and cationic PAHs studied by cavity
ring-down spectroscopy — •A. Staicu1 , O. Sukhorukov1 ,
G. Rouillé2,3 , E. Diegel1 , F. Huisken2,3 , and Th. Henning3 — 1Astrophysikalisches Institut und Universitätssternwarte,
Friedrich-Schiller-Universität Jena — 2 Institut für Festkörperphysik,
Friedrich-Schiller-Universität Jena — 3 Max-Planck-Institut für
Astronomie, Heidelberg
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are relevant molecules for
astrophysics. It is expected that they are present in the interstellar
medium (ISM), and they are considered as possible carriers of the diffuse interstellar bands (DIBs). To prove this, absorption spectra of PAHs
under astrophysical conditions should be obtained. Collision-free environment and low temperatures similar to those encountered in the ISM can
be obtained in the laboratory in supersonic jets. We have chosen cavity
ring-down spectroscopy (CRDS) to measure direct absorption spectra of
jet-cooled PAHs in their neutral and cationic form. The absorption spectra of anthracene, pyrene, and fluorene, corresponding to their electronic
transitions in the UV spectral range, have been studied. On the other
hand, the cations of small PAHs exhibit absorption bands in the visible
range where DIBs are observed. First CRDS experiments on the cations
of naphthalene and anthracene were successful and their results will be
presented.
Moleküle in der Gasphase angewendete Technik der Incoherent BroadBand Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy (IBBCEAS) kurz vorgestellt. Die ersten Ergebnisse von Messungen an Flüssigkeiten und Molekülen in Lösung werden hinsichtlich der Empfindlichkeit und Potential
dieser Methode diskutiert.
MO 3.8 Mo 12:45 HS 355
Spectroscopy of the XeC2 molecule in Xenon, Argon and
Krypton matrices
— •Marcin Frankowski, Alice M.
Smith-Gicklhorn, and Vladimir E. Bondybey — Institut
für Physikalische und Theoretische Chemie, Technische Universität
München, Lichtenbergstr. 4, 85748, Garching, Germany
A self-igniting DC-electric discharge of C2 H2 in Xe (matrix gas) or
C2 H2 /Xe in Ar or Kr (matrix gases) is used to produce and study the
XeC2 molecule in these various rare gases at 12 K. Unlike in Ar and Kr
matrices, the well-known electronic spectra of C2 is completely absent in
a Xe matrix. This together with annealing experiments in Ar matrices
indicate that ground state Xe and C2 react uniquely and without a barrier to form the XeC2 molecule. The infrared-active C-C stretch of this
compound is found to be close to the C-C stretching frequency of C−
2 anion, in excellent agreement with our density functional theoretical (DFT)
calculations which yield a XeCC singlet species bent by 148.6o and with
substantial charge separation approaching Xe+ C−
2 and a notably short,
2.107 Å, Xe-C bond. The spectra of the Xe-13C-12 C, Xe-12C-13 C and Xe13
C-13 C species are also obtained and the isotopic shifts are in excellent
agreement with the DFT predictions, although not sufficient to distinguish a bent from a linear structure.
Numerous broad absorptions centered near 423 nm (in Xe) are observed which are clearly due to the XeC2 molecule. Laser-induced fluorescence studies reveal a near-infrared emission likely due to XeC2 but
not yet understood.
MO 3.7 Mo 12:30 HS 355
IBBCEAS an Flüssigkeiten — •Sven E. Fiedler1 , Achim Hese1
und Albert A. Ruth2 — 1 Technische Universität Berlin, Institut für
Atomare Physik und Fachdidaktik, Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin —
2
Department of Chemistry, National University of Ireland, College Cork,
Ireland
In diesem Beitrag wird die neue, hochempfindliche und bisher nur auf
MO 4 Femtosekundenspektroskopie: Elektrontransfer
Raum: HS 315
MO 4.1 Mo 11:00 HS 315
Ultraschnelle photoinduzierte Prozesse biologisch relevanter
Moleküle in der Gasphase: Indol, Pyrrol, Adenin — •Helmut
Lippert1 , Volker Stert1 , Ingolf Volker Hertel1,2 und Wolfgang Radloff1 — 1 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2A, D-12489
Berlin — 2 Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin
Die aromatischen Heterocyclen Indol, Pyrrol und Adenin wurden nach
Anregung bei λpump = 250 nm bzw. 263 nm mittels Femtosekunden
Pump-Probe Spektroskopie im Molekularstrahl untersucht. Die Resultate werden mit Hinblick auf eine mögliche Population des repulsiven πσ ∗
Zustands diskutiert, der als wesentlich für die Photophysik derartiger
Chromophore angesehen wird [1]. Die Addition nur weniger Solvensmoleküle wie Wasser oder Ammoniak beeinflußt die Dynamik entscheidend,
was durch Studien zu Indol(NH3 )n Clustern bereits eindrucksvoll belegt
worden ist [2]. Für Pyrrol konnten erstmalig mit fs Laserimpulsen neutrale H Atome als Fragmente mittels (2+1)REMPI bei λprobe = 243 nm
[3] zeitaufgelöst nachgewiesen werden.
[1] W. Domcke, A.L. Sobolewski, Science 302, 1693 (2003).
[2] H. Lippert, V. Stert, L. Hesse, C.P. Schulz, I.V. Hertel, W. Radloff,
JPC A 107, 8239 (2003).
[3] J. Wei, A. Kuczmann, J. Riedel, F. Renth, F. Temps, PCCP 5, 315
(2003).
vated electrons are formed together with indole radicals within our time
resolution of 60 fs and are solvated further in about 350 fs. We propose
an ultrafast branching between the ionization and fluorescence channel
immediately after the optical excitation. Contrary to the case of solvated
electrons in pure water, electrons stemming from indole do neither exhibit dielectric relaxation in the range of 1 - 2 ps nor recombination on
the 100 ps time scale.
MO 4.3 Mo 11:30 HS 315
Time-resolved spectroscopy of intramolecular excited state electron transfer — •Thomas Schultz1,2 , Susanne Ullrich1 , Stefan Lochbrunner1,3 , and Albert Stolow1 — 1 Steacie Institute
for Molecular Sciences, National Research Council, Ottawa, Canada —
2
Present address: Max-Born Institute for Non-linear Optics, Berlin, Germany — 3 Present address: LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany
We used time-resolved photoelectron spectroscopy to investigate the excited state electron transfer dynamics in a series of
aminobenzonitriles including cyanobenzene, 4-aminobenzonitrile, N,N-4dimethylaminobenzonitrile and N,N-4-diisopropylaminobenzonitrile (DIABN). This class of molecules has been extensively discussed as prototype
models for twisted intramolecular charge transfer (TICT). We found very
fast initial dynamics due to intramolecular vibrational energy redistribution in all investigated compounds. In DIABN we additionally observed
population transfer from a locally excited to the charge transfer state.
The electron transfer rate of 0.25/ps was independent of the excitation
energy in the wavelength range 250 - 303 nm. A discrepancy between the
observed population decay in the locally excited state and the population
rise in the charge transfer signal. Possible explanations for this finding
will be discussed in detail.
MO 4.2 Mo 11:15 HS 315
The ultrafast photodynamics of indole — •Tanja Bizjak1 ,
Prem B. Bisht2 , Stefan Lochbrunner1 , and Eberhard Riedle1
— 1 Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik, LudwigMaximilians-Universität München — 2 Physics Department, Indian
Institute of Technology Madras, Chennai, India
Indole is a chromophore of many nitrogen heterocyclic biomolecules,
like the essential amino acid tryptophan. We have performed femtosecond UV-visible broadband absorption studies of the photodynamics of
indole in different solvents and compared the results with steady state
measurements. In the nonpolar solvent cyclohexane we observe population transfer from the optically excited La state to the Lb state within 7
ps. In the polar solvent ethanol ultrafast state reversal is found followed
by population transfer from the Lb to the La state within 6 ps. In water
efficient photoionization is observed in addition to fluorescence. Presol-
MO 4.4 Mo 11:45 HS 315
Experimental verification of the ultrafast intramolecular
electron transfer in triphenylmethane lactones — •Tanja
Bizjak1 , Jerzy Karpiuk2 , Stefan Lochbrunner1 , and Eberhard
Riedle1 — 1 LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik, LudwigMaximilians-Universität München — 2 Institute of Physical Chemistry,
Polish Academy of Sciences, Warsaw
49
MO 4.6 Mo 12:15 HS 315
Pump-Probe-Spectroscopy of Ultrafast Heterogeneous Electron
Transfer from Perylene to colloidal TiO2 — •Ralph Ernstorfer1 , Lars Gundlach1 , Silke Felber1 , Petter Persson2 , Tobias Letzig1 , Carsten Zimmermann1 , Rainer Eichberger1 , and
Frank Willig1 — 1 Hahn-Meitner-Institut, Glienicker Str. 100, D14109 Berlin — 2 Department of Quantum Chemistry, Uppsala University,
Sweden
The dynamics of photoinduced electron transfer from the excited singlet state of perylene chromophores into the conduction band of TiO2
nanoparticles has been measured by fs-transient absorption spectroscopy
in ultrahigh vacuum conditions. The energetic alignment of the molecular
states relative to the semiconductor has been determined by stationary
photoelectron spectroscopy. The electron transfer rate in such systems depends mainly on the electronic coupling between the adsorbate and the
semiconductor. While retaining the anchor group of the chromophores,
different bridge groups have been inserted between anchor group and dye.
It will be shown that not only the distance between donor and acceptor
but also the chemical nature of the bridge group determines the electron
transfer rate.
A search for and the exploration of donor-acceptor systems with high
electron transfer rates is very important both for practical reasons and
for deeper understanding of the various factors controlling charge transfer
processes that occur on the time scale comparable to vibrational relaxation and even electronic dephasing. It has been recently estimated that
the photoinduced charge separation (CS) process in malachite green lactone proceeds within t≤130 fs [1]. In the present study the kinetics of
CS in malachite green lactone and in phenolphthalein in aprotic and protic media have been explored using fs transient absorption spectroscopy
with 270 nm excitation. It has been found that in malachite green lactone
in acetonitrile both the S2 →S1 electronic relaxation and the CS process
are completed within 130-150 fs. The phenol cation radical, a product of
the primary CS in phenolphthalein in acetonitrile excited directly to S1
state, appears in transient absorption spectra with a rise time of 55 fs,
the fastest CS time reported so far for organic donor-acceptor systems.
[1] J. Karpiuk, Phys. Chem. Chem. Phys. 5 (2003) 1078.
MO 4.5 Mo 12:00 HS 315
Ultrafast intramolecular electron transfer dynamics in crystal
violet lactone — •Jerzy Karpiuk1 , Uli Schmidhammer2 , Stefan Lochbrunner2 , and Eberhard Riedle2 — 1Institute of Physical Chemistry, Polish Academy of Sciences, Kasprzaka 44/52, 01-224
Warsaw, Poland — 2 Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität München, Germany
Dual fluorescence of crystal violet lactone (CVL) in polar solvents
comes from two different excited states: (i) a moderately polar, optically generated excited state CTA localized on the 6-DMAPd subunit
(µe ∼
= 10D), and (ii) a highly polar excited state CTB (µe ∼
= 25D)
populated upon ultrafast electron transfer (ET) from one of the dimethylanilino groups to the phthalide moiety [1]. The CTB state is formed only
if it is sufficiently stabilized by solvent polarity. The kinetics in various
aprotic and protic media have been studied using fs transient absorption
spectroscopy with 386 nm excitation. It has been found that the build
up rate of the CTB state is faster than that of solvation and that the
equilibrium between the CTA and CTB is established at a rate comparable to the solvent longitudinal dielectric relaxation time. Fast excited
state deactivation in protic media (50 ps in methanol) due to hydrogen
bonding with the solvent indicates a significant role of the C-O bond
cleavage and opening of the lactone ring.
[1] J. Karpiuk, Annales of the Polish Chemical Society 2001, 271.
MO 4.7 Mo 12:30 HS 315
Electron transfer dynamics between semiconductors and chemically anchored chromophores probed with photoemission signals — •Lars Gundlach1 , Ralph Ernstorfer1 , Silke Felber1 ,
Lars Töben1 , Rainer Eichberger1 , Elena Galoppini2 , Qian
Wei2 , and Frank Willig1 — 1 Hahn-Meitner Institut, Glienickerstr.
100, D-14109 Berlin, Germany — 2 Chemistry Department, Rutgers University, N.Y., USA
Dynamics of electron transfer between semiconductor surfaces and single molecules is of great interest with regard to single-molecule based
electronic devices.
Energetics and dynamics of different semiconductor:chromophor systems
were studied with fs time and angle resolved two-photon photoemission
spectroscopy and stationary PES. The alignment of occupied and unoccupied molecular levels with respect to the energy bands of the semiconductor was measured together with electron dynamics of the semiconductor
and electron transfer dynamics.
Experiments with different chromophores attached to single crystal TiO2
and InP via different spacer and anchor groups will be presented.
MO 5 Theorie I
Raum: HS 355
by values ranging from kT up to several 10 kJ mol−1 , which suggests that
these affinity changes are chemically significant.
[1] M. K. Beyer, Angew. Chem. 115, 5062 (2003); Angew. Chem. int.
Ed. 42, 4913 (2003).
MO 5.1 Mo 14:00 HS 355
Orbitalfunktionale - ein Weg zur genaueren Berechnung des
elektrischen Response im Rahmen der Dichtefunktionaltheorie
— •Stephan Kümmel — Max-Planck-Institut für Physik komplexer
Systeme, Nöthnitzer Strasse 38, D-01187 Dresden
Die Dichtefunktionaltheorie ist eine der am häufigsten verwendeten
Theorien zur Berechnung elektronischer Strukturen. Die dabei häufig
verwendeten semilokalen Näherungen für die Austausch- und Korrelationsenergie (z.B. LDA, GGA’s) ergeben Grundzustandsenergien und
Geometrien vieler Moleküle und Cluster in Übereinstimmung mit den
experimentellen Werten. Response-Eigenschaften wie z.B. die elektrische
Polarisierbarkeit werden häufig jedoch weniger genau vorhergesagt. Besonders große Fehler ergeben sich z.B. für die Polarisierbarkeiten linearer
molekularer Systeme. Diese Fehler lassen sich zurückführen auf qualitative Fehler im Kohn-Sham Potential. Orbitalfunktionale, die die Austauschenergie exakt berücksichtigen, führen zum richtigen asymptotischen
Verhalten des Kohn-Sham Potentials, berücksichtigen intrinsische nichtlokale Effekte und führen zu einer deutlich verbesserten Beschreibung des
Response.
MO 5.3 Mo 14:30 HS 355
Depolarisation of the rotational alignment. — •M. Rutkowski
and H. Zacharias — Physikalisches Institut, Westfälische WilhelmUniversität, Wilhelm-Klemm Str. 10, 48149 Münster, Germany
Up to now experimental investigations of the rotational alignment of
molecules both in the gas phase and desorbing from surfaces are performed under the assumption that the rotational alignment is non varying with time. However, early theoretical investigations for atoms [1] predict a strong time dependence, caused by the interaction of the nuclear
spin with the electronic angular momentum. In this talk a corresponding
model for the rotational angular momentum of molecules is applied to
D2 , H2 and NO molecules. The calculations of the rotational alignment
of these molecules yield strong periodic oscillations, which significantly
change both in amplitude and periodicity with the rotational quantum
number.
[1] U. Fano, J.H. Macek, Rev. mod. Phys., 45, 553 (1973).
MO 5.2 Mo 14:15 HS 355
On the Coupling of Mechanical and Chemical Energy: Proton
Affinity as a Function of External Force — •Martin K. Beyer
— Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, TU München,
Lichtenbergstr. 4, 85747 Garching
The proton affinity as a function of an external mechanical force is
defined, and its applicability as a chemical concept is explored [1]. It is
shown with the help of density functional calculations that forces in the
sub-nN to nN range change the proton affinity of small model molecules
50
MO 5.4 Mo 14:45 HS 355
Identifying small organic molecules: A detailed experimental
and theoretical study of C 1s NEXAFS spectra of C6 ring containing molecules — •C. Kolczewski1 , R. Püttner2 , M. Martins2 , A.S. Schlachter2 , G. Snell2 , M. Sant’anna2 , K. Hermann1 , and G. Kaindl2 — 1Fritz-Haber-Institut der Max-PlanckGesellschaft, Faradayweg 4-6, 14195 Berlin, Germany — 2 Institut für Experimentalphysik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin,
Germany
High resolution, vibrationally resolved, NEXAFS spectra at the C 1s
ionization threshold have been recorded for a series of small organic
molecules from cyclohexene, C6 H10 , to the simplest aromatic molecule
benzene, C6 H6, with a fully delocalized π-electron system. Ab initio density functional theory (DFT) calculations have been performed to interpret the experimental spectra. Here we focus on the energetic position of
the C 1s → π* transition peak in the experimental NEXAFS spectrum of
1,3 cyclohexadiene which is shifted with respect to the other molecules.
Based on our theoretical studies the shift can be explained by the structure of the corresponding final state orbital. For 1,3 cyclohexadiene it
is almost identical to that of cis-butadiene whereas for the remaining
molecules the corresponding final state orbitals are more similar to those
of benzene.
If electronic relaxation effects and an approximate vibrational fitting
(based on experimental data) are included our theoretical spectra agree
perfectly with experiment.
In unsern letzten Beitrag (DPG-Tagung 2003/Hannover) haben wir 2Spinor voll relativistische Berechnung für H2+ und T h2179+
vorgestellt [1].
2
In diesem Vortarg werden hochgenaue 2-Spinor Dirac-Fock-Slater Berechnungen für zwei atomige Moleküle an zwei Beispielen, CO und N2 , mit
der Methode der Finiten Elementen vorgestellt. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Mini-Max-Funktional, welches eine exakte Beschreibung der
Dirac-Gleichung ist, besser oder vergleichbare Energien hervorbringt. Im
Gegensatz zu 4-Spinor Berechnungen konvergieren die 2-Spinor Lösungen
von oben, sie sind frei von positronischer Kontamination oder spuriosen
Zuständen und erfordern weniger Aufwand. Das Konvergenzverhalten
der Lösung hat bessere numerische Eigenschaften, wie die Extrapolation und die Fehleranalyse zeigen, und ist eher dem nicht-relativistischen
Schrödinger Gl. ähnlich. Wir verwenden wie in unseren 4-Spinor Berechnungen ellyptisch-hyperpolische Koordinaten, Globalfaktoren und weitere eindimensionale singuläre Koordinaten Transformation. [1] O. Kullie
and D. Kolb, A. Rutkowski,Two-spinor Fully Relativistic Finite-Element
(FEM) Solution of the Two-center Coulomb Problem, in print.
MO 5.7 Mo 15:30 HS 355
Hochgenaue Hartree-Fock Ergebnisse für zweiatomige Moleküle
— •Oliver Beck1 , Dirk Heinemann2 und Dietmar Kolb1 —
1
Fachbereich Physik Universität Kassel — 2 Abteilung 1 Universität Kassel
Mit einem finite-Element-Programm wurden durch Anwendung eines Mehrgitterverfahrens zur Lösung der entstehenden Matrizengleichungen Eigenschaften von zweiatmigen Molekülen sehr genau berechnet. Wir präsentieren Ergebnisse für verschiedene Ordnungen der FEMFormfunktionen, wobei wir Genauigkeiten von kleiner 1nH erreichen. Dies
wird mit Ergebnissen des finite-Differenzen-Codes von Kobus, Laaksonen
und Sundolm sowohl hinsichtlich Genauigkeit als auch Aufwand verglichen. Wir untersuchen, inwiefern die Ergebnisse durch Anwendung von
Extrapolationsmethoden verbessert werden können.
MO 5.5 Mo 15:00 HS 355
Minimax LCAO Approach to the Relativistic Two Center
Coulomb Problem and its FEM Spectrum — •Hui Zhang,
Ossama Kullie, and Dietmar Kolb — Fachbereich Naturwissenschaften Theoretische Physik, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132
Kassel
The one electron relativistic diatomic systems H2+ and T h179+
are
2
solved in a 2-spinor LCAO (linear combination of atomic orbitals) approach using a minimax principle equivalent to a constraint minimization.
The values are in agreement with those of the Finite Element Method
(FEM) and of other approaches as far as results are available in the literature. No spurious nor contaminated states are found. The complete
spectrum for T h179+
up to n=6 correlating s1/2 to h11/2 states is given.
2
[1] H. Zhang, O. Kullie, D. Kolb, submitted to Journal of Physics B:
Atomic, Molecular and Optical Physics.
MO 5.8 Mo 15:45 HS 355
Probing molecular geometry and dynamics with photons — •B.
Zimmermann, M. Lein, and J.-M. Rost — Max-Planck-Institute for
the Physics of Complex Systems, Nöthnitzer Str. 38, 01187 Dresden
Interference effects in high harmonic generation from molecules may
provide a new venue to measure microscopic distances such as internuclear separation and molecular orientation [1]. A clear trace of these
properties in the interference pattern would tremendously simplify the
observation of dynamic processes in molecules, such as dissociation. We
will present new results on this topic beyond the simple model molecules
investigated so far. [1] M. Lein et. al, Phys. Rev. A 66, 023805 (2002)
MO 5.6 Mo 15:15 HS 355
Min-Max Dirac-Fock-Slater Berechnungen für zwei atomige
Moleküle — •Ossama Kullie und Dietmar Kolb — FB18 Uni
Kassel, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel
MO 6 Cluster I
Raum: HS 332
MO 6.2 Mo 14:15 HS 332
Zeitaufgelöste Photoelektronen-Spektroskopie an monodispersen Nanopartikeln — •Marco Niemietz, Peter Gerhardt, Gerd
Ganteför und Young Dok Kim — Fachbereich Physik, Universität
Konstanz, 78457 Konstanz
Elektronische angeregte Zustände in Metallen haben eine kurze Lebensdauer im Bereich von 100 fs, da die Anregungsenergie durch Augerartige Prozesse rasch auf die übrigen kalten“ Elektronen verteilt wer”
den kann. In Nanoteilchen ist dieser Prozess jedoch durch die geringe Zusandsdichte behindert. Mittels zeitaufgelöster PhotoelektronenSpektroskopie an massen-separierten Clusteranionen können diese Relaxationszeiten größenabhängig bestimmt werden. Für kleinste Goldcluster ergeben sich erwartungsgemäß Zeiten im Nanosekundenbereich [1]. Es
werden Daten für Silizium-, Gold- und Aluminiumcluster [2] diskutiert.
MO 6.1 Mo 14:00 HS 332
Untersuchung der Bedeckung von CdSe Nanopartikeln mit kleinen Molekülen mit Mitteln der UV/VIS und IR-Spektroskopie
— •Birgit Bußmann1 , Stefan Kudera2 , Wolfgang J. Parak2
und Markus Braun1 — 1 Ludwig-Maximilians-Universität München,
Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Oettingenstrasse 67, 80538 München,
Deutschland — 2 Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl
für angewandte Physik, 80539 München, Deutschland
Die organische Hülle von Halbleiternanopartikeln hat starken Einfluss
auf deren optische Eigenschaften, ihre Löslichkeit und ihre Fähigkeit,
an andere Moleküle zu binden. Bei Austausch der Hüllschicht von CdSe Nanopartikeln wird die ursprüngliche TOPO/TOP-Schicht zum Teil
durch andere aliphatische Moleküle, die z.B. Amin- und Mercaptogruppen enthalten, ersetzt. Die quantitative Untersuchung der Hülle mit einer
Kombination aus UV/VIS- und IR-Absorptionsmessungen an Lösungen
und KBr-Preßlingen wird vorgestellt. Die Verschiebung der Schwingungsbanden der bindenden Gruppen lässt Rückschlüsse auf die Anzahl der
bindenden und nicht bindenden Hüllenmoleküle in der Probe ziehen. Der
Bedeckungsgrad der Nanopartikeloberfläche wurde aus der quantitativen
Auswertung der CH3-Schwingungsmoden bestimmt.
[1] M. Niemietz, P. Gerhardt, G. Ganteför und Y. D. Kim, Chem. Phys.
Lett. 380, 99 (2003)
[2] P. Gerhardt, M. Niemietz, Y. D. Kim und G. Ganteför, Chem. Phys.
Lett. 382, 454, (2003)
51
MO 6.3 Mo 14:30 HS 332
Oxidationsverhalten von metallischen Nanopartikeln aus Kupfer und Palladium — •Felix von Gynz-Rekowski, Young Dok
Kim und Gerd Ganteför — Fachbereich Physik, Universität Konstanz, 78457 Konstanz
Die chemischen Eigenschaften kleinster Teilchen aus wenigen Atomen weichen stark von denen des Festkörpers ab. So sind negativ
geladene Goldcluster mit 2 bis 20 Atomen reaktiv gegenüber Sauerstoff und können sogar als Katalysatoren eingesetzt werden. Wir untersuchen die Reaktion von molekularem und atomarem Sauerstoff mit
massen-separierten Clusteranionen aus Kupfer und Palladium mittels
Photoelektronen-Spektroskopie. Die Kupfercluster oxidieren im Gegensatz zum Festkörper und zum einzelnen Atom nicht. Diese Daten werden
mit neuesten Ergebnissen an Palladium verglichen, einem Material, welches häufig in der Katalyse verwendet wird.
spatially localized. After optical excitation the energy dissipates among
the electronic and vibrational degrees of freedom leading for example to
thermionic electron emission or thermal desorption of ligand molecules.
Using pump and probe femtosecond laser spectroscopy the internal energy dissipation from an optically excited state can be monitored in real
time.
Time resolved photoelectron measurements on small Ni, Pd and PtClusters show that the electron relaxation times are only one order of
magnitude smaller than for the corresponding bulk. [1,2,3] Further measurements are performed for small W clusters which will be presented
here.
[1] N. Pontius et al., Phys. Rev. B 67, 035425 (2003)
[2] N. Pontius et al., J. Chem. Phys. 115, 10479 (2001)
[3] N. Pontius et al., Phys. Rev. Lett. 84, 1132 (2000)
MO 6.7 Mo 15:30 HS 332
Third harmonic generation and other nonlinear phenomena
in laser-irradiated clusters — •Sergei V. Fomichev1 , David F.
Zaretsky2 , Sergei V. Popruzhenko1 , and Wilhelm Becker3 —
1
Moscow Engineering Physics Institute (State Univ.), Moscow, Russia
— 2 Russian Research Center “Kurchatov Institute”, Moscow, Russia —
3
Max-Born-Institut
For a cluster irradiated by a strong laser field, the electron dynamics
are nonlinear due to the finite size of the system. This causes the presence
of the third harmonic of the incident laser field both inside the cluster and
in the scattered field. Since for ionized clusters of noble-gas atoms usually the Mie frequency is close to three times the (incident) Ti:Sapphirelaser frequency, the third-harmonic field may experience strong resonant
enhancement. This leads, in particular, to efficient production of multicharged ions and x-ray emission in the cluster, as well as to resonant
behavior of the cross section of third-harmonic generation. This cross
section and the yield of multicharged ions are calculated for various laser
parameters and cluster media and compared with the available experimental data.
References: S.V. Fomichev, S.V. Popruzhenko, D.F. Zaretsky, and W.
Becker, J. Phys. B 36, 3817 (2003); Opt. Express 11, 1188 (2003).
MO 6.4 Mo 14:45 HS 332
Landau damping of the collective electron motion in laserirradiated thin films and clusters — •Sergei V. Popruzhenko1 ,
David F. Zaretsky2 , Philipp A. Korneev1 , and Wilhelm
Becker3 — 1 Moscow Engineering Physics Institute (State Univ.)
— 2 Russian Research Center ”Kurchatov Institute”, Moscow —
3
Max-Born-Institut, Berlin
We calculate the rate of energy conversion from the collective coherent oscillations of the electronic subsystem of a heated ionized nanobody
such as a thin film or a spherical cluster into stochastic electron motion
by the mechanism of collisionless Landau damping. For the two limiting
cases of specular reflection and diffusive reflection of the electrons off the
boundary of the system, the damping constant is evaluated as a function of the size of the system and the electron temperature. The rate of
heating of the electron subsystem as well as the cross sections for light
scattering and absorption by a large heated ionized cluster are calculated
and analyzed in view of recent experimental findings.
MO 6.5 Mo 15:00 HS 332
Strukturbestimmung
isolierter
Metallcluster
mittels
Ferninfrarot-Spektroskopie — •André Fielicke1 , Christian Ratsch2 , Jörg Behler3 , Matthias Scheffler3 , Gert von
Helden3 und Gerard Meijer1,3 — 1 FOM Institute for Plasma
Physics Rijnhuizen, Nieuwegein, NL — 2Department of Mathematics,
University of California, Los Angeles, USA — 3 Fritz-Haber-Institut der
Max-Planck-Gesellschaft, Berlin
Wir präsentieren eine Methode zur Strukturbestimmung isolierter
Metallcluster in der Gasphase. Dabei werden die Ferninfrarot(FIR)Schwingungspektren der Metallcluster mittels resonanter MehrphotonenDissoziation von Komplexen der Cluster mit Edelgasatomen gemessen. Der Vergleich dieser experimentellen Spektren mit durch DichteFunktional-Theorie(DFT)-Methoden berechneten Schwingungsspektren
erlaubt die Bestimmung der Struktur der Cluster. Für Vanadium- und
Niobclusterkationen mit bis zu 23 Atomen haben wir die experimentellen
FIR-Spektren im Bereich von 140-450 cm−1 bestimmt und Strukturen für
kleine Vanadiumcluster berechnet. Wir finden große Ähnlichkeiten zwischen den FIR-Spektren von Vanadium- und Niobclustern mit gleicher
Zahl von Atomen, was auf strukturelle Gemeinsamkeiten hindeutet.
MO 6.8 Mo 15:45 HS 332
Ab Initio Studies on Size-Dependent H2 Elimination Reaction
in Al+ (H2 O)n — •Chi-Kit Siu — Physikalische Chemie II, Technische
Universität München, Lichtenbergstr. 4, D-85748 Garching
Chemical properties of ions in solution are strongly influenced by their
solvation environment. Knowledge of the ionic solvation is important for
chemical processes in solution, in the atmosphere, and also in biological
systems. In order to have better understanding on the ionic solvation, one
should pay attention to the vicinity of an ion. However, study on such microscopic solvation is challenging due to the complexity of the solvation
structure. A gas phase cluster ion provides a simplified nano-scale model
for investigating the structure and the reactivity of a solvated ion. The
solvation effects can be monitored via a stepwise solvation by carefully
controlling the cluster size in a mass spectrometer. Interestingly, sizedependent intracluster reactions are observed. Al+ (H2O)n is one of the
typical examples showing such size-dependent effect. A H2 molecule is
evaporated out from the clusters at certain sizes. The role of the isomers
of Al+ (H2O)n for the H2 elimination reaction have been investigated by
ab initio calculations. Since the cluster ions are fluxional due to the presence of many hydrogen bonds, knowledge on the relative stability of the
stationary structures from conventional quantum chemical calculation is
insufficient. The solvation dynamics and the reaction mechanism can be
effectively studied by direct sampling of the potential energy surface at
finite temperature using Ab Initio Molecular Dynamics method.
MO 6.6 Mo 15:15 HS 332
Femtosecond laser spectroscopy on free mass-selected transition metal clusters — •J. Stanzel, F. Burmeister, N. Pontius,
M. Neeb, and W. Eberhardt — BESSY GmbH, Albert-Einstein-Str.
15, 12489 Berlin, Germany
Clusters in the gas phase are confined systems, where the energy is
MO 7 Femtosekundenspektroskopie: Protontransfer + Energiefluss
Raum: HS 315
MO 7.1 Mo 14:00 HS 315
Moleküle erzeugen und belauschen“ kohärente Kristallschwin”
gungen — •Markus Gühr und Nikolaus Schwentner — Institut
für Experimentalphysik, FU Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Die elektronische Anregung von zweiatomigen Molekülen in einem
Edelgaskristall erlaubt sowohl die Erzeugung als auch die Beobachtung
von kohärenten Kristallphononen im THz-Bereich. Diskutiert werden die
Systeme I2 :Kr [1] und Br2:Ar anhand der fs-Pump-Probe Spektren der
jeweiligen Chromophore (I2 und Br2 ). Wir beobachten in beiden Fällen
die kohärenten Zonenrandphononen der Kristalle mit einer Frequenz von
1.5 THz (Kr) bzw. 2 THz (Ar). Die zweiatomigen Moleküle besetzen
einen doppelsubstitutionellen Gitterplatz. Bei Anregung mit einem fsLaserpuls (Pumppuls) aus dem elektronischen Grundzustand (1Σ) in
einen anderen kovalenten Zustand (3 Π) ändert sich die Form des Molekülorbitals und damit die Molekül-Kristall-Wechselwirkung. Dies führt
52
zu einer neuen Gleichgewichtskonfiguration um das Molekül und einer
impulsiven Anregung von Phononen im Gitter. Die Zonenrandphononen
bleiben wegen ihrer verschwindenden Gruppengeschwindigkeit am Chromophor lokalisiert. Sie modulieren die lokale Dichte, folglich die Solvatationsenergie der Ionenpaarzustände und damit die Nachweisempfindlichkeit im Probeprozess. In dieser Weise prägen die Zonenrandphononen ihre
Frequenz dem Pump-Probe Spektrum des Chromophors auf. Weiterhin
wird die Möglichkeit der kohärenten Kontrolle der Phononenanregung
diskutiert.
[1] M. Gühr, M. Bargheer und N. Schwentner, Phys. Rev. Lett. 91,
085504 (2003)
formed employing the MCTDH approach [2]. Bending vibration: besides
the bending vibration the fundamental transition of highest frequency
scaffold mode is appreciably excited, so the dynamics is characterized by
a coherent wave packet motion. The remaining normal modes have also
been excited, but to a much lower extent. Stretching vibration: all modes
were noticably excited. Strong couplings lead to fast subpicosecond IVR
processes. During the pulse, most of the energy flows into the reaction
coordinates, but after the pulse has been turned off, the ehergy was redistributed among all normal modes. The OD bending/stretching vibration
of the deuterated species has also been excited and a pronounced isotope
effect on the intramolecular energy flow was observed.
[1] B. A. Ruf; W. H. Miller, J. Chem. Soc. Faraday Trans. 2, 1988, 84,
1523
[2] M. H. Beck, A. Jäckle, G. A. Worth; H.-D. Meyer, Phys. Reports,
2000, 324, 1
MO 7.2 Mo 14:15 HS 315
Resonanz-Ramanund
Pump-Probe-Spektroskopie:
Vollständige Charakterisierung des Reaktionspfades bei
einem ultraschnellen Protontransferprozess — •Kai Stock1,
Adriana Szeghalmi2 , Michael Schmitt2 und Stefan Lochbrunner1 — 1 Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität München — 2 Institut für Physikalische
Chemie, Universität Würzburg
Bei ultraschnellen, photoinduzierten intramolekularen Prozessen gibt
es bereits am Franck-Condon-Punkt eine treibende Kraft in Richtung
des Produktes. Für den intramolekularen Protontransfer von 1-Hydroxy2-acetonaphthon im elektronisch angeregten Zustand bestimmten wir
das Potentialgefälle am Franck-Condon-Punkt mit Resonanz-RamanMessungen. Sie zeigen, dass das Gefälle am stärksten entlang von Kernkoordinaten ist, die mit Verzerrungen des H-Chelatringes und mit C=CStreckschwingungen des aromatischen Chromophors verbunden sind. Um
den weiteren Verlauf des Reaktionspfades zu charakterisieren, setzten wir
Anrege-Abfrage-Spektroskopie mit einer Zeitauflösung von 30 fs ein. In
den Messungen treten starke oszillatorische Signalanteile auf, die durch
kohärente Schwingungsbewegungen verursacht werden. Diese Schwingungen, die zu planaren Verzerrungen des H-Chelatringes führen, tragen auch
zum Resonanz-Raman-Spektrum bei. Der Reaktionspfad verläuft offensichtlich vom Franck-Condon-Punkt bis zum Produktminimum entlang
dieser Moden.
MO 7.5 Mo 15:00 HS 315
Triplett-Energie-Transfer von Xanthon zu Naphthalin —
•Helmut Satzger1 , Christopher Root1, Peter Gilch1 , Beat
Fierz2 , Thomas Kiefhaber2 und Wolfgang Zinth1 — 1 Lehrstuhl
für BioMolekulare Optik, Oettigenstr. 67, Ludwig-MaximiliansUniversität München, 80538 München — 2 Biozentrum, Universität
Basel, Klingelbergstr. 50/70, CH - 4056 Basel
Xanthon hat nach Photo-Anregung eine Quantenausbeute von nahezu
eins für Intersystem crossing (ISC) in den Triplett-Zustand. Mittels transienter Absorptions-Spektroskopie konnte die ultraschnelle Dynamik von
Xanthon in Ethanol und von Xanthonsäure in Wasser ermittelt werden.
Kommt ein angeregtes Xanthon-Molekül in Kontakt mit Naphthalin,
geschieht ein Triplett-Triplett-Energie-Transfer (TTET). Durch variieren
der Konzentrationen von Donor und Akzeptor konnte die Dynamik dieses
Prozesses bestimmt werden.
Es stellt sich heraus, dass sowohl ISC als auch TTET auf der Zeitskala
weniger Pikosekunden ablaufen. Xanthon als Donor und Naphthalin als
Akzeptor sind somit ideale Systeme, um als Sonden in flexible Peptidketten eingebaut die minimalen Zeitkonstanten der Kontaktbildung zu
bestimmen.
MO 7.3 Mo 14:30 HS 315
HBT in nanoscaled zeolite: Intrazeolite Femtochemistry — •Uli
Schmidhammer, Vincent De Waele, and Eberhard Riedle —
Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik Ludwig-MaximiliansUniversität München
Nanosized periodic structures of zeolites loaded with photoreactive
molecules have a great potential in optoelectronics and the design of
functional materials. The investigation of the photochemistry of such
host guest systems, that frequently show strong interaction, requires a
resolution down to the femtosecond time scale. This is hard to achieve in
extended bulk samples.
We report on the photochemical behavior of 2-(2’-hydroxyphenyl)benzothiazole (HBT) in FAU zeolite and demonstrate that the use of
a nanoscaled colloidal suspension allows to perform pump-probe experiments without restriction in time resolution. HBT was incorporated during the synthesis of FAU in the presence of the template tetramethylammonium hydroxide (TMA) [1]. The inclusion appears to involve an
interaction between the TMA ions and HBT leading to a modification
of HBT. The normal enol groundstate is replaced by the trans-keto conformation. Unlike the enol form this isomer shows strong fluorescence
around 470 nm. Transient measurements reveal an increase of this emission within 1.5 ps and a decay time of 4 ns. The spectral position and
the decay time identify the emissive state as the anion of HBT, formed
by excited state proton transfer to the solvent.
[1] S. Mintova, V. De Waele, U. Schmidhammer, E. Riedle and T. Bein,
Angew. Chem. Int. Ed. 42 (2003) 1611.
MO 7.6 Mo 15:15 HS 315
Fs-timeresolved 2-Photon Spectroscopy of the Carotenoids in
Photosystem 1 and other Photosynthetic Protein Complexes
— •Peter Jomo Walla1,2 , Michael Hilbert2 , Axel Wehling1 ,
Dirk Schwarzer2 , Peter Kutne2 und Sebastian Kuehn2 —
1
Technical University of Brunswick, Institute for physical and theoretical
Chemistry, Hans-Sommerstr. 10, D 38106 Brunswick, Germany —
2
Max-Planck-Institute for Biophysical Chemistry, Am Fassberg, D
37077Goettingen, Germany
Carotenoids play a crucial role as light-harvesting pigments in photosynthesis and in the regulation of the energy flows in the photosynthetical
apparatus. In Light-harvesting complex II e.g., which collects more than
50 % of the light used for photosynthesis on earth, carotenoids contribute
about 30 % to this huge amount of collected energy. However, a detailed
insight in the underlying mechanisms was very often impossible due the
optical forbidden character of the first excited state of carotenoids, S1.
This is because it has the same Ag symmetry as the ground state, S0.
Therefore for many photosynthetical complexes there is still neither any
knowledge about the S1 state energies nor about the corresponding energy transfer mechanisms. An elegant approach to gain more insight into
these questions is the investigation via 2-photon excitation because AgAg-transitions are generally 2-photon allowed. We present the results of
2-photon excitation spectra as well as Fs-2-photon pump-probe and Fs2-photon up-conversion experiments on Photosystem 1 of Synecochoccus
Elongatus and other photosynthetical protein complexes.
MO 7.7 Mo 15:30 HS 315
Ultraschnelle Mehrphotonen-Spektroskopie an Carotenoiden —
•Björn Heinz1 , Tiago Buckup1 , Wendel Wohlleben1 , Hideki
Hashimoto2 und Marcus Motzkus1,3 — 1 MPI für Quantenoptik, D85748 Garching, Germany — 2Department of Physics, Osaka University,
J-558-8585 Osaka, Japan — 3 Physikalische Chemie, Philipps-Universität
Marburg, D-35032 Marburg, Germany
Der ultraschnelle Energiefluss in Carotinoiden nach Absorption von
Licht ist von Bedeutung für die vielfältigen natürlichen Funktionen, die
diese Moleküle in der Biologie und vor allem in der Photosynthese haben.
Nach dem klassischen Bild kann nur der S2 Zustand mittels linearer Absorption angeregt werden. Die dunklen, Einphoton-verbotenen Zustände
MO 7.4 Mo 14:45 HS 315
Laser Driven Proton Motion in a Hydrogen-bonded System. A
Quantum Molecular Dynamics Approach — •Milena Petković
— Institut für Chemie, Physikalische und Theoretische Chemie, Freie
Universität Berlin, Takustr. 3, 14195 Berlin
M. Petković, O. Kühn
Hydrogen bond dynamics in Salicylaldimine after an excitation of the
OH bending/stretching vibration with an ultrafast IR laser pulse is studied, using a 7-dimensional CRS [1] model comprising the large amplitude
H-atom motion and five normal modes of the molecular scaffold. The
numerical solution of the time-dependent Schrödinger equation was per53
der Carotinoide können dagegen charakterisiert werden, indem transiente Absorption nach Zweiphotonen-Absorption gemessen wird. Bisherige Messungen ergaben kein schlüssiges Bild [1]. Mit spektral breitbandiger Detektion nach Zweiphotonen-Anregung weisen wir die erwartete Besetzung des S1 Zustands in β-Carotin und M13 nach. Resonante
Mehrphotonen-Prozesse führen jedoch unausweichlich zu weiteren Reaktionen, wie der zur Ionisation (Radikal-Kation) sowie zum ultraschnellen
Übergang zu Triplet-Zuständen.
[1] P.J. Walla et al. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 1909-1916.
Um spektroskopische Daten molekularen Eigenschaften zuzuordnen,
wird häufig mit Daten von gezielt veränderten, z.B. deuterierten Molekülen verglichen. Man kann jedoch anstelle des Systems allein dessen
Anregung modifizieren, indem Femtosekunden-Impulse gezielt geformt
werden. Derart können spezifische Parameter der natürlichen Photoreaktion kontrolliert und die Funktion bestimmer Zustände und Moden im
Reaktionsablauf bestimmt werden. Diese Art der Differenzspektroskopie
wird in Erweiterung unserer bisherigen Arbeiten [1] auf den Lichtsammelkomplex LH2 der bakteriellen Photosynthese angewandt. Ein neues
Modell des ultraschnellen Energieflusses in Carotinoiden klärt speziell die
Funktion der dunklen Singulett-Zustände auf [2].
[1] J.L. Herek, W. Wohlleben, R.J. Cogdell et al., Nature, 417 (2002)
533.
[2] W. Wohlleben, T. Buckup, J.L. Herek et al., Biophys. J., 85 (2003)
442.
MO 7.8 Mo 15:45 HS 315
Spektroskopie und Kontrolle am Energiefluß der Carotinoide
— •Wendel Wohlleben1 , Tiago Buckup1 , Jennifer L. Herek2 und Marcus Motzkus1,3 — 1 MPI für Quantenoptik, Garching
— 2 AMOLF-Institute, Amsterdam — 3 Physikalische Chemie, PhilippsUniversität Marburg
MO 8 Theorie II
Raum: HS 355
MO 8.1 Mo 16:30 HS 355
Ultrafast solvent to dye electron transfer via exciplex formation - a computer simulation study — •Philipp Scherer1 and
Masanori Tachiya2 — 1 Theoretische Physik T38, TU Muenchen,
85748 Garching — 2 National Institute of Advanced Industrial Science
and Technology (AIST), Tsukuba, Ibaraki 305-8565, Japan
We study ultrafast photoinduced electron transfer processes in
Cyanoanthracene/Dimethylaniline solutions. Using molecular dynamics
simulations in combination with quantum calculations we analyze the
transition from the optically excited state of the Cyanoanthracene to
an exciplex state which has largely the character of an ion pair state
CA− DM A+ . We find, that initially the transfer is a barrierless adiabatic process involving a contraction of the Donor-acceptor distance.
This is accompanied by strong intramolecular reorganization and dielectric relaxation of the solvent. Despite the more complicated electronic
structure of the system we find that a simple two state model is sufficient to describe the dynamics of exciplex formation.
Der SN 2–Mechanismus ist von grundlegender Bedeutung in der Chemie. In diesem Vortrag werden Ergebnisse von zeitunabhängigen quantenmechanischen Streurechnungen an der symmetrischen SN 2–Reaktion
Cl− +CH3Cl0 → ClCH3+Cl0− vorgestellt. Die Rechnungen sind exakt
in C3v –Symmetrie; explizit berücksichtigt wurden die beiden C–Cl–
Streckschwingungen, die Inversionsschwingung der Methylgruppe sowie
die hochfrequente C–H–Streckschwingung.
Die Reaktion ist durch die Ausbildung eines Komplexes sowohl auf der
Reaktanten– als auch auf der Produktseite charakterisiert; in Filterdiagonalisierungsrechnungen wurden zahlreiche langlebige Resonanzzustände
identifiziert. Diese können im Spektrum der Reaktionswahrscheinlichkeiten als Funktion der Energie, P (E), wiedergefunden werden. Eine Mittelung von P (E) erlaubt Aussagen über die Modenabhängigkeit der Reaktion. Von besonderem Interesse ist dabei die Frage, bis zu welchem
Grad die Inversionsschwingung als Beobachter“–Mode behandelt wer”
den kann, wie es in bisherigen Arbeiten gefolgert wurde. Auch die Funktion der C–H–Streckschwingung verdient besondere Aufmerksamkeit, da
es zahlreiche langlebige Resonanzen mit einer Anregung in dieser Mode
gibt.
MO 8.2 Mo 16:45 HS 355
Theoretical study of ultrafast electron-injection processes
at dye-semiconductor interfaces — •Ivan Kondov1 , Michael
Thoss1 , and Haobin Wang2 — 1 Theoretische Chemie, Technische
Universität München, 85748 Garching, Germany — 2 Department of
Chemistry and Biochemistry, MSC SC, New Mexico State University,
Las Cruces, NM 88003, USA
A detailed study of photoinduced electron-transfer processes from an
electronically excited state of a dye molecule to the conduction band of
a semiconductor is presented. The approach is based on an AndersonNewns type electronic Hamiltonian and a generic model for electronvibrational coupling in heterogeneous electron transfer reactions. The
results of quantum dynamical simulations for this model reveal the influence of coherent and dissipative vibrational motion on the electroninjection dynamics.
Furthermore, results of electronic calculations for different chromophores adsorbed at small TiO2 -clusters are presented which offer insight into the mechanism of electron-injection at dye-semiconductor interfaces.
MO 8.4 Mo 17:15 HS 355
Error reduction and harmonic inversion schemes applied to the
semiclassical calculation of molecular vibrational energy levels
— S. D. Kunikeev1 , E. Atilgan1 , H. S. Taylor1 , A. L. Kaledin2 ,
and •J. Main3 — 1 Department of Chemistry, University of Southern
California, Los Angeles, USA — 2 Department of Chemistry, University
of California, Berkeley, USA — 3Inst. f. Theoretische Physik 1, Universität Stuttgart, Germany
A singular value decomposition based harmonic inversion (HI) signal
processing scheme is applied to the semiclassical initial value representation (IVR) calculation of molecular vibrational states. Relative to the
usual IVR procedure of Fourier analysis of a signal made from the Monte
Carlo evaluation of the phase space integral in which many trajectories
are needed, the new procedure obtains acceptable results with many fewer
trajectories. Calculations are carried out for the vibrational energy levels
of the water molecule to illustrate the overall procedure.
MO 8.3 Mo 17:00 HS 355
Zustandsabhängige Dynamik von SN 2–Reaktionen: Eine vierdimensionale quantenmechanische Untersuchung — •Carsten
Hennig und Stefan Schmatz — Institut für Physikalische Chemie,
Georg–August–Universität Göttingen, D-37077 Göttingen
54
MO 9 Photoelektronenspektroskopie
Raum: HS 332
MO 9.1 Mo 16:30 HS 332
Generation and Photoelectron Spectroscopy of some Transient
Species in Atmospheric Chemistry — •Zheng Sun1 and Dianxun
Wang2 — 1 Lehrstuhl II für Physikalische Chemie der Technischen Universität München, Lichtenbergstr.4, 85748, Garching b. München, Germany — 2Institute of Chemistry, The Chinese Academy of Sciences,
Zhongguancun, Beijing, 100080, P.R. China
Atmospheric chemistry has been a rapidly growing field with a recent
focus on the global environment changes, which include stratospheric
ozone depletion, photochemical smog, acid rain and global warming etc.
Molecules of alkyloxyl, alklynitrene, alkylthio radical are found to play
an important role in the pollution process. This report is on the investigation of the generation, detection and electronic structure of these
unstable species.
A novel method of pyrolysis to generate short-lived species/radicals
is proposed, i.e. molecular sieve is used to decrease the temperature of
the pyrolysis reaction; nitrogen monoxide (NO) is used as stabilizing
reagent to prolong the lifetime of the unstable species. With this pyrolysis
method, several radicals such as (CH3 )3CO, (CH3)2 CHN, (CH3)2 CHO,
CH3 CH2N, CH3CH2O, CH3CH2 S, CH3O, CH3N, CH3S are generated.
The conventional Photoelectron Spectroscopy (PES) studies on these
species provide not only the ionization potentials of these species but
also the property of different ionic states of their cation. These studies
on the unstable species will enhance the deep research on their effect and
reaction mechanism in atmospheric chemistry and broaden the field of
PES study.
result is a mixing of the 1 σ gerade and ungerade symmetry components
leading to a change of the g/u-resolved cross section and photoelectron
angular distribution by several percent. To our knowledge, this is the
first time that such an isotope effect has been observed in core-level
photoelectron spectroscopy.
[1] U. Hergenhahn et al., J. Phys. Chem. A 105, 5704 (2001).
[2] O. Björneholm et al., Phys. Rev. Lett. 84, 2826 (2000).
[3] R. Hentges et al., Verhandlungen der DPG (2004)
MO 9.4 Mo 17:15 HS 332
Einphotonen-Doppelionisation von H2 — •Christian Siedschlag1 und Thomas Pattard2 — 1 FOM Institute for Atomic and
Molecular Physics, Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam, The Netherlands
— 2 MPI für Physik komplexer Systeme, Nöthnitzer Str. 38, 01187
Dresden
In den letzten Jahren war die vollständige Fragmentation eines H2Moleküls aufgrund der Absorption eines einzelnen Photons Gegenstand
sowohl theoretischen als auch experimentellen Interesses. Wir diskutieren
hier die Adaption eines kürzlich für die Beschreibung atomarer Doppelionisation entwickelten approximativen Formalismus [1] für den molekularen Fall und untersuchen die Anwendbarkeit des Halbstoß-Modells [2]
der Mehrfachphotoionisation auch für Molekültargets. Erste Ergebnisse für die Doppelionisationswahrscheinlichkeit als Funktion der Photonenenergie werden präsentiert und mit verfügbaren experimentellen und
theoretischen Daten verglichen.
[1] T. Schneider, P.L. Chocian and J.M. Rost; Phys. Rev. Lett. 89, 073002
(2002)
[2] T. Pattard and J. Burgdörfer; Phys. Rev. A 64, 042720 (2001)
MO 9.2 Mo 16:45 HS 332
Intramolekulare Streuung von Auger–Elektronen in dissoziierenden Molekülen hoher Symmetrie — •R. Hentges1 , O Kugeler1,2 , D. Rolles1 , G. Prümper1 , M. Braune1 , T. Lischke1 , S.
Marburger1,2 , J. Viefhaus1 , U. Hergenhahn2 und U. Becker1
— 1 Fritz–Haber–Institut der Max–Planck–Gesellschaft, Faradayweg 4–6,
D–14195 Berlin — 2Max–Planck–Institut für Plasmaphysik, Boltzmannstraß 2 , D–85748 Garching
Durch Anregung eines nicht-bindenden Innerschalenelektrons in ein
antibindendes Valenzorbital kann ein molekularer Zustand mit stark repulsiver Potentialkurve erzeugt werden. Häufig finden nach einer solchen Anregung Dissoziation und Augerzerfall auf der gleichen Zeitskala statt. Auger–Elektronen können daher auch nach der Dissoziation
noch emittiert werden, und weisen dann atomaren Charakter sowie eine Dopplerverschiebung auf, die von der Bewegung des emittierenden
Fragments stammt [1]. Die kinetische Energie der aus dem Molekül heraus (vorwärts) emittierten Elektronen ist blauverschoben, in das Molekül
hinein (rückwärts) emittierte Elektronen zeigen eine rote Energieverschiebung. Mit hochauflösender Elektron–Ion–Koinzidenzspektroskopie an O2
und SF6 ist es uns gelungen, eine Streuung solcher Elektronen an anderen Molekülfragmenten, sowie einen Ladungstransfer zwischen den Fragmenten nachzuweisen. Auch bei nicht doppleraufgelöstem Nachweis [2]
verursacht die intramolekulare Rückstreuung eine Vorwärts–Rückwärts–
Asymmetrie der Ionenverteilung zugunsten der Vorwärtsintensität.
[1] O. Björnholm, et al., Phys. Rev. Lett., 84, 2826 (2000).
[2] A. Golovin, et al., Phys. Rev. Lett., 79, 4554 (1997).
MO 9.5 Mo 17:30 HS 332
Dynamik der UV-Photodissoziation von tert-Butylradikalen
— •Wolfgang Roth, Matthias Zierhut und Ingo Fischer —
Institut für Physikalische Chemie, Bayerische Ludwig-MaximiliansUniversität, Am Hubland, 97074 Würzburg, Deutschland
Die Photodissoziationsdynamik des tert-Butylradikals nach Anregung
in den elektronischen 3s- bzw. 3p-Zustand wurde im Molekularstrahl
durch zeit- und frequenzaufgelöste [1+1’] Photoionisation der freigesetzten Wasserstoffatome untersucht. Die Messungen bei unterschiedlichen
Anregungswellenlängen ergaben eine niedrige Schwellen für schnelle Prozesse (<10 ns) nach Mehrphotonenanregungen des Radikals.
Die elektronischen Zustände 3s und 3p zerfallen bei niedrigen Anregungsleistungen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit in den elektronischen Grundzustand unter Bildung hochschwingungsangeregter ”heißer”
Radikale. Die Stabilisierung des Produkts erfolgt durch Abspaltung eines
Wasserstoffatoms auf einer Nanosekundenzeitskala. Als weiteres Produkt
ist aufgrund der Symmetrie des Edukts nur 2-Methylpropen möglich.
Die detektierten Wasserstoffatome haben eine hohe Translationsenergie die bis zu 50 % der dem tert-Butylradikal zur Verfügung stehenden Überschussenergie beträgt. Die Energetik der Dissoziation wurde mit
RRKM-Simulationen analysiert.
MO 9.6 Mo 17:45 HS 332
Maps of non-adiabatic coupling in triatomic hydrogen —
•Ulrich Galster, Ulrich Müller, and Hanspeter Helm —
Physikalisches Institut, Albert-Ludwigs Universität, Freiburg, Germany
In the recent years many efforts from the experimentalist as well as
from the theorists side aimed to study effects which arise from the breakdown of the Born-Oppenheimer approximation. The most fundamental
insight in the so-called non-adiabatic couplings can be obtained by investigating the simplest molecular systems like H2 or H3 . We present
an experiment that reveals detailed information of the non-adiabatic
couplings initiating three-body breakup of triatomic hydrogen. A triplecoincidence technique allows to derive the momentum-vector correlation
of the fragments H(1s)+H(1s)+H(1s) in the dissociation of state-selected
H3 -molecules. Maps of this correlation reveal highly structured patterns.
A theoretical consideration of the dissociation process uncovers these
patterns to be a fingerprint of the non-adiabatic operator that couples
non-dissociative to dissociative potential-surfaces.
MO 9.3 Mo 17:00 HS 332
Probing the Degree of Core Hole Localization in Isotope Substituted N2 via Photoelectron Spectroscopy — •D. Rolles1 ,
M. Braune1 , S. Cvejanovic1,2 , R. Hentges1 , S. Korica1 , B.
Langer1,3 , G. Prümper1 , A. Reinköster1 , J. Viefhaus1 , and U.
Becker1 — 1 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, 14195
Berlin, Germany — 2University of Rijeka, 51000 Rijeka, Croatia — 3 MaxBorn-Institut, 12489 Berlin, Germany
The localization or delocalization of core holes in photoexcited
homonuclear molecules has been a subject of fierce debate over
several decades. Recent studies have found convincing evidence for
both localization as well as delocalization in different systems [1,2,3].
Examining the showcase molecule N2 , we prove that the core hole
(after 1s ionization) is indeed delocalized and the photoelectron is
emitted coherently from both centers. However, we find that the hole
can be partially localized and the degree of coherence can be reduced
by breaking the inversion symmetry through isotope substitution. The
55
MO 9.7 Mo 18:00 HS 332
Dreiteilchen-Fragmentation von H3 und D3 — •Martin Jungen
— Institut für Physikalische Chemie, Universität Basel
Es wurde beobachtet, dass bereits tiefliegende Rydbergzustände von
H3 und D3 nach H + H + H prädissoziieren können, freilich mit sehr geringer Rate, z.B. der Zustand 3pe0 :2 E 0 ab einer innern Energie, die ca.
3 eV über der Dissoziationsgrenze liegt (s. den vorhergehenden Vortrag).
Mit einer quantenchemische Studie der 6 tiefsten Elektronenzustände
von H3 lässt sich ein möglicher Weg dieses Prozesses erkennen. Der 3pe0
Rydbergzustand ms̈ste sich aus seinem D3h Gleichgewicht über oder
durch eine niedrige Barriere zu einer linearen Geometrie verformen; er
bliebe dort in einer lokalen Potentialmulde gefangen bis zu seinem durch
nichtadiabatische Kopplung bewirkten Übergang auf die dissoziative Potentialfläche, welche in D∞h -Symmetrie zum Dreiteilchenaufbruch führt.
with those obtained from complementary photoelectron imagin studies.
Photoexcitation of Br+
2 at wavelengths just above the first dissociation
threshold yields ground state Br+ and Br fragments, the recoil anisotropy
of which is found to be sensitively wavelength dependent. Careful measurements of the angular anisotropy (β-parameter) versus the dissociation
wavelength reveals the presence of high frequency structure, in the region
up to the first excited [Br(2P3/2 ) + Br+ (3 P1 )] dissociation limit; this we
attribute to predissociating vibrational levels in an adiabatic potential
converging to this excited limit. The dissociation channels from BrCl+
show predominantly parallel character. Branching ratios into the various
Br+ (3 PJ ) and Cl (2 PJ ) channels will be presented and discussed in the
context of the various participating excited state potentials.
MO 9.9 Mo 18:30 HS 332
Dissoziative Photoionisation von Kohlenwasserstoffradikalen —
•Thomas Schüßler1 , Ingo Fischer1 , Christian Alcaraz2 und
Wolfgang Roth1 — 1 Institut für Physikalische Chemie, Am Hubland, 97074 Würzburg — 2 LURE, Bât. 209, BP 34, Centre Universitaire
Paris-Sud, 91898 Orsay, France
Es werden Ionisierungsenergien und der H- bzw. H2-Verlust verschiedener kleiner organischer Kohlenwasserstoffsysteme vorgestellt, die mittels
einer Synchrotronstrahlungseinrichtung gemessen wurden.
Im Propargyl-Kation wurde etwa 3.5 eV oberhalb der Ionisierungsenergie ein H-Verlust beobachtet, nicht jedoch, wie vorhergesagt, der von
H2 .
Das Ethyl-Kation verliert ein H2-Molekül 3.5 eV oberhalb seiner Ionisierungsenergie, was jedoch 1 eV oberhalb der theoretischen Aussagen
liegt.
Das Allyl-Kation verliert H2 etwa 2 eV oberhalb der Ionisierungsschwelle.
MO 9.8 Mo 18:15 HS 332
Photodissociation studies of state-selected molecular ions by
velocity map ion imaging — •N. Hendrik Nahler, Olivier P.J.
Vieuxmaire, Josephine A. Jones und Michael N.R. Ashfold —
University of Bristol, School of Chemistry, Bristol BS8 1TS, UK
High resolution ion imaging methods have been used to study the pho2
+ 2
todissociation of ground state Br+
2 ( Πg ) and BrCl ( Π) cations, with
spin-orbit state specification, monitoring 79 Br+ and 35 Cl+ fragments as
appropriate. The state-selected molecular ions are prepared by a 2+1
REMPI scheme and than dissociated by absorption of a single photon
from a second tunable dye laser. Image analysis allows precise determi+ 2
2
+
nation of the dissociation energies of Br+
2 ( Π3/2,g ), Br2 ( Π1/2,g ), BrCl
(2 Π3/2), and BrCl+ (2Π1/2 ) and values for the respective spin-orbit splitting constants. The values so derived for BrCl+ are in excellent accord
MO 10 Femtosekundenspektroskopie: Schwingungsdynamik
Raum: HS 315
MO 10.1 Mo 16:30 HS 315
IR versus Raman Spectroscopy: Monitoring Vibrational Cooling after Electronic Excitation — •Arne Sieg, Tobias Schrader,
Florian Koller, Wolfgang Schreier, Qingrui An, and Peter
Gilch — Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D-80538 München, Germany
Molecules undergoing ultrafast (∼ 100 fs) internal conversion processes
(IC) are very suitable model systems for the examination of the vibrational dynamics related with chemical reactions. The detection of these
dynamics can be performed by time resolved IR and Raman spectroscopy.
In a combined study on the vibrational cooling of para-nitroaniline (pNA)
both methods are compared. Only Raman spectroscopy gives access to
the excitation of a stretch mode, which is shown to decay in ∼ 3 ps [1]. IR
spectroscopy is better suited to monitor the frequency shift of this resonance. This shift to lower wavenumbers relaxes with time constants of 1
– 11 ps. It stems from anharmonic coupling to other vibrational modes.
Therefore, this shift is an useful sensor for the population and dynamics
of these low frequency modes. [1] Q. An, P. Gilch, Chem. Phys. Lett. 363
(2002) 397
MO 10.3 Mo 17:00 HS 315
Vibrational multi-level quantum coherences due to anharmonic
couplings in intermolecular hydrogen bonds — •Nils Huse,
Karsten Heyne, Jens Dreyer, Erik T.J Nibbering, and Thomas
Elsässer — Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2a, D-12489 Berlin
Femtosecond 3-pulse photon echo studies of acetic acid dimers in solution reveal multi-level coherences of O-H stretching excitations caused
by the anharmonic coupling between the high-frequency stretching and
low-frequency hydrogen bond motions. We demonstrate for the first time
that such multi-level coherences determine the nonexponential decay of
the macroscopic O-H stretching polarization, whereas spectral diffusion
processes play a minor role as echo peak shift measurements and dynamic
hole burning show [1,2]. The dephasing time of individual vibrational
transitions contributing to the overall polarization is approximately 200
fs, much longer than the apparent rapid polarization decay.
[1] N. Huse, K. Heyne, J. Dreyer, E.T.J. Nibbering, Th. Elsaesser,
Phys. Rev. Lett. (91), 197401 (2003)
[2] K. Heyne, N. Huse, J. Dreyer, E.T.J. Nibbering, Th. Elsaesser,
Chem. Phys. Lett. (369), 591 (2003)
MO 10.2 Mo 16:45 HS 315
Solvent Effects on theVibrational Relaxation of paraNitroaniline — •Wolfgang Schreier, Tobias Schrader, Arne
Sieg, Florian Koller, Wolfgang Zinth, and Peter Gilch
— Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67,
D-80538 München, Germany
The re-distribution of excess energy released in photo-chemical processes in solution is crucial for the stabilization of the reaction products.
Since these processes occur on the picosecond time scale their examination calls for advanced time resolved techniques and suitable model systems. Para-Nitroaniline (pNA) can serve as such a system. After photoexcitation pNA rapidly reforms its ground state and thereby releases
25000 cm−1 of excess energy. Its transfer to the solvent surroundings has
been studied in dependence of the solvent nature by optical pump-probe
spectroscopy [1]. This yields a global measure for dynamics of the vibrational excitation. Here, time-resolved IR experiments on pNA yielding
mode specific informations are presented. The temporal evolution of an
IR line shape is evaluated and discussed in relation to solvent properties.
[1] S.A. Kovalenko et al. J. Chem. Phys. 115 (2001) 3256
MO 10.4 Mo 17:15 HS 315
Femtosecond Vibrational Spectroscopy based on Stimulated
Raman Scattering — •Stefan Laimgruber und Peter Gilch —
Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D80538 München, Germany
The urge to follow structural dynamics of reacting molecules by femtosecond techniques has led to the extension of vibrational spectroscopy
(IR and Raman) to that time regime. Raman techniques often suffer from
extremely low scattering cross sections. This drawback can be diminished
be reverting to stimulated Raman scattering. In a novel implementation
[1] of this technique, a femtosecond white light pulse and a spectrally
narrow laser pulse are overlapped in the sample. This allows for the acquisition of complete Raman spectra within very short times (≤ 1 s).
If a third femtosecond laser pulse excites the sample, Raman spectra of
transient species can be recorded. Here, a novel set-up for this Raman
spectroscopy is introduced and first results on model compounds are
presented. Particular emphasis is laid on the amplification of the solute
signal by a resonance enhancement. [1] M. Yoshizawa, and M. Kurosawa,
56
Phys. Rev. A 61 (2000) 013808
Cyclohexylbenzene (CHB), para-cyclohexylaniline (pCHA) and nicotine (3-(N-methyl-2-pyrrolidinyl)pyridine) have been studied by timeresolved femtosecond degenerate four wave mixing spectroscopy in the
gas phase. All species have a low pressure at room temperature (¡ 0.1
mbar) and therefore have to be heated to achieve an appropriate experimental concentration. As a gas cell we have used a heat pipe oven. This
experimental technique allows to investigate gaseous samples at elevated
temperatures during a long time without window contamination problems. The rotational recurrences of CHB and pCHA have been analyzed
in the non-rigid symmetric prolate rotor approximation. A complete fit of
the fs-DFWM spectra provides values for the rotational B0 and centrifugal distortion DJ, DJK constants. The weak rotational recurrence feature
of nicotine is explained by its asymmetry. Also, the influence of the different isomers of nicotine on the fs DFWM spectrum will be discussed.
MO 10.5 Mo 17:30 HS 315
Femtosecond
Transient
Vibrational
Spectroscopy
of
Halorhodopsin — •Frank Peters1 , Joerg Tittor2 , Dieter Oesterhelt2 , and Rolf Diller3 — 1 Inst. f. Exp. Physik, FU
Berlin, 14195 Berlin — 2 MPI f. Biochemie, 82152 Martinsried — 3FB
Physik, TU Kaiserslautern, 67663 Kaiserslautern
Femtosecond time resolved mid-infrared spectroscopy has been proven
to be a powerful tool for investigating ultrafast vibrational dynamics in
biological systems [1]. For the first time we have studied the all-trans
to 13-cis chromophore isomerization in the light-driven chloride pump
halorhodopsin (hR) with a time resolution of ca. 220 fs. The vibrational
dynamics are dominated by two time constants, i.e. 1.8 and 7.5 ps. Implications regarding the chromophore reaction kinetics [2], especially the
time constant of the 13-cis product formation are discussed. Concomitant protein dynamics are suggested by spectral changes on a similar
time scale in the amide region. [1] J. Herbst, K. Heyne, R. Diller, Science 297(2002) 822-825. [2] T.Arlt, S. Schmidt, W. Zinth, U. Haupts, D.
Oesterhelt, Chem. Phys. Letters 241 (1995) 559-565.
MO 10.6 Mo 17:45 HS 315
Study of the conformations of two-ring molecules in the gas
phase - results by time-resolved femtosecond degenerate fourwave mixing — •Victor Matylitsky, Christoph Riehn, and
Bernd Brutschy — Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt
am Main, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie,MarieCurie-Str. 11, D-60439 Frankfurt am Main, Germany.
MO 12 Poster I
Energie- bzw. Phasenrelaxation sowohl bei den reagierenden Molekülen
als auch in deren Umgebung. Wichtig für den Reaktionsablauf sind insbesondere die Kreuzungen der elektronischen Potentialflächen. Am Beispiel
der Dissoziationsreaktion des Jods in Käfig- und Kanalstrukturen einund polykristalliner Zeolithe konnte die große Bedeutung lokaler elektrischer Felder auf den Prädissoziationsschritt demonstriert werden. Messungen bei unterschiedlichen Temperaturen ergaben, dass der eigentliche
Dissoziationsvorgang, der durch die Kreuzung eines bindenden und eines
repulsiven Potentialastes bestimmt wird, nicht von der Häufigkeit der
Stöße mit den umgebenden Molekülen abhängt. Die Orientierung der
Moleküle relativ zu den Dipolen der Käfig- oder Kanalmatrix beeinflusst
dagegen die Prädissoziationsrate deutlich.
MO 12.1 Di 14:00 Schellingstr. 3
How do lenses destroy ultrashort light pulses? — •Jörg
Neuhaus, Stephan Malkmus, and Markus Braun — LudwigMaximilians-Universität München, Lehrstuhl für BioMolekulare Optik,
Oettingenstraße 67, 80538 München
The collimation of ultrashort pulses in the fs-regime and the control
of the beam diameter often is realised with telescopes. As for ultrashort
pulses not only the phase velocity, but also the group velocity plays an
important role, the use of strongly focussing lenses can lead to undesired
spatial chirp of the pulse. This spatial chirp reduces the time-resolution
in a pump-probe experiment.
We present simulations of a pulse after propagating through a system
of lenses and by means of these calculations acquire optimal parameters
for telescopes in use. The simulations are compared with experimental
results, utilising autocorrelation and crosscorrelation measurements as a
tool for determining the spatial chirp.
Modell molekularer Schalter und Kontrollstrategie — •Lena
Seyfarth, Dorothee Geppert und Regina de Vivie-Riedle —
Department Chemie, Ludwig-Maximilians-Universität München
Ziel unserer Arbeit ist die Entwicklung eines optimalen molekularen
Schalters mit Cyclohexadien als Chromophor.
Dafür konnte ein Modell entwickelt werden, das die beiden Potentialflächen und die nicht-adiabatischen Kopplungsterme der konischen
Durchschneidungen in Form von analytischen Funktionen darstellt. Hierdurch wird es möglich, das Modell an das System von Cyclohexadien oder
an beliebige größere Derivate anzupassen. Über Variation der lokalen und
globalen Parameter der Funktionen kann ihr Einfluss auf die Dynamik
untersucht werden.
Um die Hin- und Rückreaktion möglichst kontrolliert und quantitativ
ablaufen zu lassen, wurde die phasensensitive Formulierung der Optimal
Control Theory angewendet. Damit kann der Impuls des Wellenpaketes
auf der angeregten Potentialfläche kontrolliert werden, der entscheidend
die Produktausbeute beeinflusst. Es konnte ein optimierter Laserpuls für
die Rückreaktion gefunden werden, der die Ausbeute des Produktes um
25% steigert.
Influence of linear chirped excitation pulses on the wavepaket
motion in the dye oxazine 1 — •Regina Dürr, Constanze
Sobotta, Stephan Malkmus, and Markus Braun — LudwigMaximilians-Universität München, Lehrstuhl für BioMolekulare Optik,
Oettingenstraße 67, 80538 München
Coherent excitation of molecular vibrations in a molecule with an ultrashort optical pulse leads to wavepaket motion. This motion can be
recorded by pump-probe spectroscopy providing that the crosscorrelation width of pump and probe pulse is shorter than the period of the
molecular vibration mode.
We present measurements on the dye oxazine 1 for different values of
the linear chirp of the excitation pulse. Effects on the wavepaket motion
due to negative and positive chirps are compared.
Der Einfluss lokaler elektrischer Felder auf elementare Reaktionsdynamik — •Arnulf Materny, Günter Flachenecker,
Alexander Jeschke, Jakow Konradi und Malte Sackmann —
International University Bremen, Campus Ring 1, 28759 Bremen
Der Verlauf chemischer Reaktionen wird stark von den Umgebungsbedingungen beeinflusst. Mit Hilfe der Femtosekunden zeitaufgelösten
Laserspektroskopie sind die elementaren Reaktionsschritte zugänglich.
Nach einer Laseranregung resultieren elastische und inelastische Stöße in
57
Photoisomerization dynamics of azobenzene analyzed by timeresolved photoelectron spectroscopy — •Thomas Schultz1,2 ,
Jason Quenneville3 , Todd J. Martinez3 , Susanne Ullrich1 ,
Marek Zgierski1 , and Albert Stolow1 — 1 Steacie Institute for
Molecular Sciences, National Research Council, Ottawa, Canada —
2
Now at: Max-Born-Institut Berlin, Max-Born Str. 2a, 12489 Berlin —
3
Department of Chemistry, University of Illinois, Urbana, USA
The excited state dynamics of trans-azobenzene were investigated by
time-resolved photoelectron spectroscopy. Two excited ππ ∗-states with
distinct dynamics were identified in the wavelength region 285-350 nm.
Based on the experimental results and ab initio molecular-dynamics calculations, we present a new model to explain the photoisomerization
mechanism of azobenzene: (1) Two excited electronic states S2 and S3
are near-degenerate. (2) Both, S2 and S3 absorb with similar absorption
cross sections. (3) S2 undergoes direct and very efficient internal conversion to the ground state, violating Kasha’s rule, while S3 relaxes to the
first excited state S1 and thus obeys Kasha’s rule. The presented results
can resolve a long-standing dispute about the isomerization mechanism
in azobenzene.
Control of molecular photodynamics by strong-field alignment
in solids — •Toni Kiljunen1 , Burkhard Schmidt2, and Nikolaus Schwentner1 — 1 Institut für Experimentalphysik, FU-Berlin,
Arnimallee 14, 14195 Berlin — 2 Institut für Mathematik II, FU-Berlin,
Arnimallee 2–6, 14195 Berlin
Molecular response to intense nonresonant laser fields is studied theoretically, in terms of alignment of a molecule with field polarization. The
oscillating field induces anisotropic polarization and the energy gain in
the field leads to formation of pendular states, i.e. directional hybridizations of free molecule rotations. Two qualitatively different time scales
are interrogated in the process: adiabatic regime, where the population
on excited molecular rotational states follows the laser pulse envelope,
and ultrafast regime, where post-pulse alignment occurs. The effect of
condensed phase surrounding, such as a solid rare gas hindering the induced molecular rotation, is assessed by incorporation of highly symmetric model potentials in the time-dependent Schrödinger equation. The
main goal of the research is to attain optical control on molecular photophysics and -chemistry by affecting product yields of photoprocesses,
such as dissociation and recombination, via suitable preorientation in
condensed phase conditions.
Polarisationsabhängige Pump-Probe Dynamik in K2 —
•Christian Horn1 , Matthias Wollenhaupt1 , Oksana Graefe1 ,
Dirk Liese1 , Thomas Baumert1 , Tobias Brixner2 , Gerhard
Krampert2 , Reimer Selle2 und Gustav Gerber2 — 1 University of
Kassel, Institute of Physics and Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT), Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132
Kassel, Germany — 2 Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am
Hubland, 97074 Würzburg, Germany
In der Vergangenheit wurde die kohärente Kontrolle molekularer Dynamik durch verschiedene Kontrollmechanismen erreicht, die darauf basieren, die zeitliche Struktur des elektrischen Feldes eines Laserpulses anzupassen. Eine Erweiterung der Möglichkeiten ergibt sich, wenn
man zusätzlich auch den zeitlichen Verlauf des Polarisationszustandes
verändert. Wir untersuchen die Multi-Photon Ionisation des K2 Moleküls
in einem Pump-Probe Experiment, in dem die Polarisationrichtung des
Pump und des Probe Pulses unterschiedlich sind. Die Übergangsmomente
1 +
1
1 +
A 1 Σ+
u ← X Σg und 2 Πg ← A Σu stehen senkrecht aufeinander, so dass
unterschiedliche Polarisationen des Probe-Pulses zu einer unterschiedlichen Dynamik führen. Ergebnisse aus Experimenten mit verschiedenen
Polarisationen des Probe-Pulses werden vorgestellt.
Br2 in Ar-Kristallen: Ultraschnelle Dynamik in kondensierter
Umgebung — •Markus Gühr, Mizuho Fushitani, Heide Ibrahim, Toni Kiljunen und Nikolaus Schwentner — Institut für Experimentalphysik, FU Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Wir diskutieren am Beispiel von in Argonkristallen eingebautem Br2
verschiedene ultraschnelle Prozesse in der kondensierten Phase. Die Experimente werden nach dem Schema der fs-Pump-Probe Spektroskopie
mit durchstimmbaren Laserpulsen (280-650 nm) und einer Zeitauflösung
von teilweise unter 50 fs durchgeführt. Im elektronischen A Zustand (3 Π1 )
als auch im B Zustand (3 Π0) wird eine ausgeprägte Schwingungswellenpaketdynamik beobachtet. Mittlere Trajektorien der Schwingungswellenpakete wurden bis über das Gasphasendissoziationslimit hinaus vermessen. Daraus wird das Wechselwirkungspotenzial mit dem Käfig bestimmt. Eine impulsive Deformation des Käfigs führt zur Erzeugung von
Kristallphononen. Sie modulieren die Pump-Probe Spektren unter bestimmten Nachweisbedingungen. Weiterhin lassen sich die Schwingungswellenpakete durch spektrale Formung der Anregungspulse ( chirp“) im
”
anharmonischen Molekülpotential räumlich fokussieren. Durch die Variation der relativen Polarisation von Pump- und Probepuls können wir
in den Ultrakurzzeitspektren nichtadiabatische Übergänge zwischen verschiedenen elektronischen Zuständen isolieren. Schliesslich erläutern wir
Szenarien zur kohärenten Kontrolle der nichtadiabatischen Übergänge
von Br2 in kondensierten Umgebungen.
Femtosecond Spectroscopy of Chlorine Molecules embedded in
Solid Argon — •MIZUHO FUSHITANI, MATIAS BARGHEER,
MARKUS GÜHR, and NIKOLAUS SCHWENTNER — Institut
für Experimentalphysik, FU Berlin, Arnimallee 14, 14195, Germany
Ultrafast dynamics of chlorine molecules(Cl2 ) embedded in solid Argon(Ar) is studied by using fs pump-probe spectroscopy. A wavepacket of
Cl2 was created on the inner limb of the B(3 Π0+u ) and/or C(1 Π1u ) electronic excited potentials by a pump pulse and the subsequent relaxation
was monitored by a probe pulse which further excites the wavepacket to
the ion-pair manifold. Due to the anharmonicity of the molecular potential, the wavepacket gets dispersed with time. The dispersion, however,
can be precompensated by an appropriate chirped pulse. In this study,
negatively chirped pulses were used to examine the wavepacket focusing
of Cl2 . The energy relaxation rate of a wavepacket at different vibrational
energy levels in the B state was obtained by changing the wavelength of
pump and probe pulses. The rate shows very different behaviors above
or below the dissociation limit, indicating the different energy loss in the
collision with the cage. We also carried out a phase-locked pulse pair experiment where the electronic coherence of molecules can be investigated.
A pump pulse pair with a 0(π) phase shift excites more(less) number of
molecules than a phase-unlocked pulse pair does, as long as molecules
preserve the electronic coherence after each vibrational period. We observed the vibrational recurrence of Cl2 in solid Ar, which indicates that
Cl2 keeps its electronic coherence for 250fs even if it is embedded in the
solid where many-body electronic interactions take place.
Molecular orientation via a dynamically induced pulse–train:
wave–packet dynamics of NaI in a static electric field — •Philipp
Marquetand1 , Arnulf Materny2 , Niels E. Henriksen3 und Volker Engel1 — 1 Institut für Physikalische Chemie, Am Hubland, 97074
Würzburg, Germany — 2 School of Engineering and Science, International University Bremen, Campus Ring 8, D-28759 Bremen, Germany —
3
Department of Chemistry, Technical University of Denmark, DTU 207,
DK-2800 Lyngby, Denmark
We regard the ro–vibrational wave–packet dynamics of NaI molecules
in a static electric field after femtosecond excitation to its first electronically excited state. The following quasi–bound nuclear wave–packet
motion is accompanied by a bonding situation changing from covalent to
ionic. At times when the charge separation is present. i.e. when the bondlength is large, a strong dipole moment exists and rotational excitation
takes place. Upon bond contraction, the then covalently bound molecule does not experience the external field. This scenario repeats itself
periodically. Thus, the vibrational dynamics causes a situation which is
comparable to the interaction of the molecule with a train of pulses where
the pulse separation is determined by the vibrational period.
Indirect versus direct photoionization with ultrashort pulses:
interferences and time–resolved bond-length changes —
•Volker Engel and Stefanie Graefe — Institut für Physikalische
Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, D-97074 Würzburg,
Germany
The photoionization of NaI molecules with femtosecond laser pulses
58
leads to photoelectron distributions which vary with the delay between a
pump– and a probe–pulse. If the vibrational wave packet as prepared in
the pump–transition is located in a region where the bonding character
is ionic, the photoelectron, due to its localization on the iodine atom,
may be ejected directly or be scattered from the Na+ ion. This leads to
structures in the photoelectron spectrum which, in turn, reflect temporal
bond-length changes.
Ultrafast Infrared Spectroscopy on Ground State Dynamics
during Photoisomerisations — •Florian Koller, Tobias
Schrader, Wolfgang Schreier, Arne Sieg, Wolfgang Zinth,
and Peter Gilch — Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität,
Oettingenstr. 67, D-80538 München, Germany
Photoisomerisations are often accompanied by a rapid (100 fs – 1 ps)
depletion of the excited state. These dynamics can be studied by femtosecond fluorescence and absorption spectroscopy. Little is known on the
ensuing processes in the electronic ground state. Time resolved IR spectroscopy can open the route to a detailed understanding of the structural
re-arrangements and the vibrational relaxation in the ground state. This
is demonstrated by IR experiments (in the range of 1520 – 1050 cm−1
) on the isomerisation of 4 − nitro − 40 (dimethylamino) − azobenzene
(NA). The decay of the excited state was followed by the disappearance
of an IR line at 1275 cm−1 reproducing the fluorescence decay time. At
later stages, apart from cooling processes on the 5 ps time scale, surprisingly slow dynamics (up to 200 ps) due to structural re-arrangements are
detected.
Photoinduzierte Prozesse in biologischen Systemen —
•Benjamin Dietzek1 , Raman
Maksimenka1 , Gudrun Hermann2 , Wolfgang Kiefer1 , Jürgen Popp3 und Michael
Schmitt1,3 — 1 Institut für Physikalische Chemie, Universität
Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg — 2 Institut für Biochemie
und Biophysik, Universität Jena, Philosophenweg 12, 07743 Jena —
3
Institut für Physikalische Chemie, Universität Jena, Helholtzweg 4,
07743 Jena
Licht-induzierte Prozesse in biologisch relevanten Systemen zeichnen
sich durch die hohe Effizienz des biologisch vorteilhaften Prozesses gegenüber dissipativen Konkurrenzprozessen aus. Für das Verständnis von
Prozessen in biologischen Systemen ist es somit notwendig, die Voraussetzungen für diese hohe Selektivität zu charakterisieren. Für die Beschreibung solcher biologisch relevanter Systeme wie zum Beispiel Phytochrom oder Protochlorophyllid A ist eine Untersuchung der unmittelbar
auf die Lichtabsorption folgenden, ultraschnell ablaufenden strahlungslosen Deaktivierungsprozessen notwendig. Die Charakterisierung dieser Primärprozesse wurde mittels fs-zeitaufgelöster transienter Absorption und der transienten Gitter-Spektroskopie mit einer Zeitauflösung
von 80 fs vorgenommen. Im Falle von Phycocyanobilin, einem Modellchromophor für das Enzym Phytochrom wurde eine starke Pumpwellenlängenabhängigkeit der Fotoreaktionszeit beobachtet. Die experimentellen Daten bestätigen ein kinetisches Modell für die lichtinduzierten
Prozesse in Phycocyanobilin.
An RF trap for anion-molecule reaction dynamics — •Jochen
Mikosch1,2 , Dirk Schwalm2, Matthias Weidemüller1 , and
Roland Wester1 — 1 Physikalisches Insitut, Universität Freiburg,
79104 Freiburg — 2 Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117
Heidelberg
We have set up a cold negative ion cluster source and an RF ion trap
to investigate anion-molecule reactions in a controlled experiment that
allows us to prepare negative molecular ions and clusters with controlled
internal and translational excitation. Anion-molecule reactions are important in various environments, from the liquid phase to the Earth’s
atmosphere. For selected reaction systems total and differential cross
section measurements will be performed. Furthermore, reactions inside
water clusters will be investigated which offer a controlled microscopic
view on dynamics at the transition from the gaseous to the liquid phase.
The investigation of excited-state dynamics of polyatomic
molecules by means of fs time-resolved four-wave mixing
spectroscopy — •Maksimenka Raman1 , Benjamin Dietzek1 ,
Torsten Siebert1 , Wolfgang Kiefer1 , and Michael Schmitt1,2
— 1 Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg, Am
Hubland, 97074, Würzburg — 2 Institut für Physikalische Chemie,
Universität Jena, Helmholtzweg 4, 07743 Jena
The evolution of molecules in their excited states is of great interest in
physics, chemistry and biology, since the absoption of a photon may e.g.
lead to photoreactions. Therefore it is important to explore the relaxation
pathways of molecules after photoexcitation. Especially the roles of certain nuclear degrees of freedom invloved in radiationless transitions need
to be elucidated. We demonstrate that different fs time-resolved fourwave mixing schemes can be applied to investigate the excited-state dynamics of polyatomic molecules. Thus coherent anti-Stokes Raman scattering (CARS) is capable to selectively interrogate the role of specific
Raman modes. This technique has been applied to directly observe the
redistribution of vibrational energy between different modes of Stilbene
3 taking place after photoexcitation. Time-resolved CARS was used to
identify shifts of normal modes positions in the excited state in comparison to the ground state. Furthermore, transient grating spectroscopy was
used to characterize radiationless transitions between various electronic
states in azulene derivatives. In summary, different fs four-wave mixing
schemes were successfully applied to characterize dynamical processes in
polyatomic molecules induced by photoexcitation.
Unimolecular fragmentation of anthracene and phenanthrene —
•Adalbert Ding, Christian Lenski, and Michael Lenski — Technische Universität Berlin, Optisches Institut, Sekr. P1–1, Strasse des 17.
Juni 135, D–10623 Berlin
Most favoured theories concerning the diffuse interstellar bands propose that the observed radiation originates from infrared fluorescences of
vibronic highly excited polycyclic aromatic hydrocarbons. In the present
study light from the Berlin synchrotron BESSY was used to investigate
the fragmentation of anthracene and phenanthrene.
By evaporation of the solid substances in an oven an effusive beam of
target molecules was produced. After having been ionized using photon
energies between 10 eV and 30 eV the fragmentation of these substances
was analysed by means of time–of–flight–mass–spectrometry.
Comparison of experimental results with RRKM–calculations serves
to clarify if anthracene and phenanthrene isomerize to identical intermediate states prior to fragmentation.
Vollständige Bestimmung der Geschwindigkeitsvektoren einzelner Photodissoziationsfragmente mittels 3D-Imaging — •Niels
Gödecke, Karl-Heinz Gericke, Christof Maul und Oliver Ott
— Institut für Physikalische Chemie, TU Braunschweig, D-38106 Braunschweig
Zur vollständigen Charakterisierung unimolekularer laserinduzierter
Photodissoziationsprozesse gehören neben der Kenntnis der beteiligten
Energiezustände ebenso Informationen über die räumliche Verteilung
der Reaktionsprodukte. Um die gewünschten Größen direkt, d.h. ohne
den Einsatz fehlerbehafteter Inversionsalgorithmen, ermitteln zu können,
wurde eine Apparatur entwickelt, die es erlaubt, die entstehenden Fragmente orts-, zeit- und zustandsaufgelöst zu detektieren. Ermöglicht
wird dies durch die Kombination von Molekularstrahl, FlugzeitMassenspektrometrie, resonanz-verstärkter Multiphotonenionisation und
einer Delay-Line-Anode als Detektor. Die Technik wird am Beispiel der
Photodissoziation von Thiophosgen (CSCl2 ) bei einer Wellenlänge von
235 nm vorgestellt. Neben dem Verzweigungsverhältnis und der Verteilung der kinetischen Energie für Chlor im Grundzustand Cl und SpinBahn-angeregtem Chlor Cl ∗ sowie der CSCl-Partnerfragmentverteilung
FS-Study on Carotenoid to Bacteriochlorophyll EnergyTransfer in Light-Harvesting1 Complexes from Rhodospirillum
rubrum with Carotenoids of Different Conjugation Lengths —
•Peter Gaertner1 , Helmut Port1 , Markus Branschaedel2
und Robin ghosh2 — 1 3. Physikalisches Institut — 2 Department of
Bioenergetics, Institute of Biology, Uni Stuttgart
This contribution comprises a comparative fs-spectroscopic study on
light-harvesting complexes 1 (LH1) from mutants of Rhodospirillum rubrum (R.r.). These complexes contain carotenoids (Car) of different conjugation lengths (n=13 or n=11, resp.), but no reaction center. After
selective excitation of different electronic states of the pigments and comparison with the LH1 of a carotenoid-less mutant, we are able to draw
conclusions about Car to Bacteriochlorophyll (BChl) energy-transfer.
59
1
A. Eisfeld, J.S. Briggs, The J-Band of organic Dyes: Lineshape and
Coherence Length, Chem. Phys. 281, 61 (2002)
wurde auch der die Anisotropie beschreibende β-Parameter geschwindigkeitsabhängig bestimmt. Außer dem Nachweis einer Abhängigkeit des
Verzweigungsverhältnisses P (Cl ∗)/[P (Cl) + P (Cl ∗)] von der kinetischen
Energie der Fragmente gelang eine Bestätigung theoretischer Vorhersagen, die eine Abhängigkeit des Verzweigungsverhältnisses vom Quantenzustand des CSCl-Fragments erwarten lassen.
Ionization of H2 in intense laser pulses — •Erich Goll1 , Alejandro Saenz2 , and Günter Wunner3 — 1 Inst. f. Theor. Chem.,
Universität Stuttgart, D-70569 Stuttgart — 2 Inst f. Phys., HumboldtUniversität zu Berlin, D-10117 Berlin — 3 Inst. f. Theor. Phys. 1, Universität Stuttgart, D-70569 Stuttgart
The ionization of H2 in intense laser pulses was investigated by solving
the time-dependent Schrödinger equation in the basis of eigenfunctions
of the H2 potential. In order to describe the ionization we employed an
ionization operator, which depends on the ionization potential. This potential corresponds to the difference between the potential curves of H2
and H+
2 and therefore varies with the distance of the nuclei. In short
pulses this leads to an effect called Lochfraß (hole biting). It means that
the wave function decreases fast in particular at those nuclear distances,
where the ionization rate is high.
Quantitative analysis shows that this effect only partly accounts for
the suppressed ionization of H2, where the ion yield for H2 is much lower
than for Ar, despite the similarity of their ionization potentials.
We have performed calculations not only for the ionization step but
also for the ensuing time evolution of the wave function in the H+
2 potential. We find that the occupation of the vibrational states does not obey
the Franck-Condon principle.
KER-selektive Auger-Elektronenemission von raumfestem N2
— •T. Jahnke1 , L. Foucar1 , J. Titze1 , R. Wallauer1 , T. Osipov2 , E. Benis2 , A. Alnaser2 , O. Jagutzki1 , W. Arnold1 , C. L.
Cocke2 , M. H. Prior3 , H. Schmidt-Böcking1 und R. Dörner1 —
1
Institut für Kernphysik der J.W.Goethe Universität, August-Euler-Str.
6, 60486 Frankfurt am Main — 2 Dept of Physics, Kansas State University, Cardwell Hall, Manhattan KS 66506 — 3 Lawrence Berkeley National
Laboratory, Berkeley CA 94720
Nach der K-Photoionisation von N2 kommt es nach einem Augerzerfall in der überwiegenden Zahl der Fälle zu einer Fragmentation des
Moleküls in 2 positiv geladene Ionen. Durch koinzidente Messung der
Impulse der ionischen und der elektronischen Fragmente kann die Stellung der Molekülachse zum Zeitpunkt des Zerfalls rekonstruiert werden,
und der Impuls des Auger-Elektrons relativ zu dieser dargestellt werden.
Direct Experimental Observation of Interatomic-CoulombicDecay of Neon Dimers — •T. Jahnke1 , A. Czasch1 , M. Schöffler1 , S. Schößler1 , A. Knapp1 , M. Käsz1 , J. Titze1 , C. Wimmer1 , K. Kreidi1 , R. Grisenti2 , O. Jagutzki1 , U. Hergenhahn1 ,
H. Schmidt-Böcking1 und R. Dörner1 — 1Institut für Kernphysik
der J.W.Goethe Universität, August-Euler-Str. 6, 60486 Frankfurt am
Main — 2 Fritz-Haber-Institut, MPG Berlin
Using the COLTRIMS technique a direct experimental observation of
the ”Interatomic-Coulombic-Decay” (ICD) of Neon dimers has been performed. A supersonic jet consisting of Neon atoms and small clusters is
crossed with a beam of linearly polarized light. After 2s-photoionization
of a Neon atom, an Auger decay of the atom is prohibited as the system
does not provide enough energy for the emission of an electron. In contrast to that, for a Neon dimer an Auger decay is energetically possible,
as predicted by Cederbaum et al.: ICD occurs - relaxation of the inner
valance hole takes place as energy is transferred from the neighboring
atom.
Dynamic Transformation of Chemical Reactions of M + YX →
[MYX] → [MXY] → MX + Y — •Victor Wei-Keh Wu — Department of Electronic Engineering, Lan-Yang Institute of Technology,
261-02 Tou-Cheng, I-Lan, Taiwan, Republic of China
It has been for ca. 80 years that chemical reaction dynamics in general
form of A + BC → AB + C has been investigated. In the mean time,
it can be well concluded: M + YX = M + HX/CH3X/DX → [MYX] →
[MXY] → MX + H/CH3/D = MX + Y : the more heavier of M (M = Ba,
K) of the reaction Ba/K + HBr, the less possible that H firstly attaches
M, or the more heavier of Y of Ba + HBr/CH3Br (Y = H, CH3, D),
the less possible that Y firstly attaches M, before MX is produced. This
means there is more or less migration, coordination of relative positions
of involved atoms during the moment of colliding or sticking together of
all atoms. The energy and momenta (translational, orbital and angular)
along the whole reaction route must be naturally conserved. How far
whether L + J = L’ + J’ can be approximately treated with L ≈ J’
should also be kept investigated. These trends may be extended for the
biomolecular reaction dynamics, specifically, for the interacting atoms
of the respective functional groups of the respective sites of interacting biomolecules. To confront with these subjects, many assumptions
and simplifications for simulation must be done. The author is at the
same time in charge of Victor Basic Research Laboratory e. V., Bielefeld, Germany (Email: [email protected], http://www.unibielefeld.de/f̃kure, Telefax:+49-(0)521-5213339, Fax:+886-(0)3-9774483/Tel:-1997-ext-231(O), Tel:+886-0919-300-525(handy)
Electron and nuclear density dynamics in model systems —
•Marco Erdmann and Volker Engel — Institut für Physikalische
Chemie, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
We study the correlated electronic and nuclear quantum dynamics
in model systems which allow for a numerically exact solution of the
time–dependent Schrödinger equation. The influence of non–adiabatic
couplings on absorption spectra is investigated and temporal changes in
the electronic and nuclear densities during laser induced spectroscopic
transitions are analyzed. The time–dependent localization of electrons
within the system is characterized with the help of the ELF (electron
localization function) in the case of parallel spin and by an analogous
function for anti-parallel spin.
Evidence for subthermal rotational populations in molecular
ions through state-dependent Dissociative Recombination —
•L. Lammich1, D. Strasser2 , H. Kreckel1 , M. Lange1 , H.B.
Pedersen1 , V. Andrianarijaona1 , S. Altevogt1 , H. Buhr1 , D.
Schwalm1 , A. Wolf1, and D. Zajfman2 — 1 Max-Planck-Institut für
Kernphysik, Heidelberg — 2 Weizmann Institue of Science, Rehovot, Israel
Astrophysical applications and a clean theoretical understanding call
for laboratory studies of electron–molecular ion interactions at cryogenic
temperatures (10–100 K), while the ion storage rings commonly used for
such measurements are large scale, room temperature devices. A recent
experiment at the ion storage ring TSR indicates that subthermal rotational level populations of stored molecular ions have been prepared by
continuous inelastic electron interactions.
Variations in the rate coefficient α for Dissociative Recombination of
D2 H+ ions with low energy electrons were observed over long storage
times, and could be attributed to changes in the rotational level distributions of the stored ions. The comparison of data taken for different
settings of the merged electron and ion beams show that, besides the
coupling to the surrounding 300 K blackbody radiation, electron interactions can reduce the rotational excitations in the molecular ion beam.
Energietransfer und Vibrationen in molekularen Aggregaten —
•Alexander Eisfeld und John S. Briggs — Hermann-Herder-Str.
3 D-79104 Freiburg
Seit ihrer Entdeckung vor fast 70 Jahren haben molekulare Aggregate bestehend aus organischen Farbstoffen grosse Aufmerksamkeit auf sich
gezogen. Neben ihren mannigfaltigen Anwendungen in der Technik erregte vor allem das bei der Aggregation entsehende schmale, rotverschobene
Absorptionsband das Interesse vieler Forscher. Schon früh wurde die Exzitonentheorie von Frenkel benutzt um das Auftreten dieses sogenannten
J-Bandes zu erklären. Allerdings bereitete die genaue Form des Absorptionsspektrums einige Schwierigkeiten, da die elektronische Anregung
an Vibrationen gekoppelt ist. Mit der CES-Approximation war es uns
möglich Absorptionsspektren verschiedener Aggregate herrvorragend zu
berechnen1 . Es sollen nun der Geltungsbereich der CES-Approximation
genauer untersucht werden indem die Ergebnisse der CES Rechnungen
mit Resultaten verglichen werden die durch Diagonalisieren des zugrundeliegenden Hamiltonoperators erziehlt wurden.
60
The latter was observed also for the radiatively inactive H+
3 ion. Recent
experimental results suggest in addition some influence of collisions with
residual gas on the molecular rotations.
[1] L. Lammich et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003), 143201
Influence of the Bead–Bead Interaction on the Rotational Dynamics of Nonrigid Macromolecules in Solution. — •Alexander
Uvarov and Stephan Fritzsche — Universität Kassel, D–34132 Kassel, Germany
To understand the relaxation mechanisms of macromolecules, i.e. their
relaxation from a nonequilibrium into their equilibrium state, remains one
of the central problems in studying proteins and DNA in solution. During
the last years, therefore, a large number of experiments and molecular
dynamic simulations [1] have been carried out in order to analyze the
statical and relaxational properties of macromolecules. An alternative
description of biomolecules is offered by statistical methods if they are
treated in terms of their molecular subsystems, the so–called beads of the
macromolecule.
In this contribution, we present and discuss the Internal Diffusion equation which describes the time evolution of the conformational phase–
space distribution function of a nonrigid macromolecule. To investigate
the effects of the bead–bead interaction potential on the orientation and
relaxation of the macromolecules, the end–to–end autocorrelation function of the macromolecule, immobilized on a surface, has been calculated
for a hookean, fene and dna bead–bead potentials. Moreover, the rotational diffusion coefficient of the macromolecule has been computed
and compare with theories which start from a rigid–rod model [2].
[1] B. Liu and B. Dünweg, J. Chem. Phys. 118, (2003), 8061
[2] M. Doi, S. F. Edwards, The Theor. of Polym. Dynam. (Oxf. Univ.
Press, 1986); R. Pecora, J. M. Deutch, J. Chem. Phys. 83, (1985), 4823
Combination of Supersonic Molecular Beam and Low Temperature 22-pol Ion Trap. Association of CH+
3 + CO. — •Gheorghe
Borodi1 , Alfonz Luca1 , Radek Plašil2 , and Dieter Gerlich1
— 1 Fakultät für Naturwissenschaften, Technische Universität Chemnitz,
09126 Chemnitz — 2 Department of Electronics and Vacuum Physics,
Mathematics and Physics Faculty, Charles University, 180 00 Prague
A low temperature radio-frequency 22-pole ion trap has been combined
with a molecular beam for studying ion-neutral association processes at
temperatures where an effusive gas inlet cannot be used due to condensation. CH+
3 ions have been stored in 22-pole trap at 10 K and He
buffer gas with number densities ranging from 3 × 1014 cm−3 down to
5 × 1010 cm−3 . The pulsed supersonic beam of CO has been characterized
via the N+ + CO charge transfer reaction. Within a width of 160 µs, the
momentary CO number density in the trap was 1.7 × 1011 cm−3 . Assuming ideal CO expansion the collision energy in the central of mass frame
is 310 meV. For calculation of an effective temperature the remaining
internal excitation of both reactants has to be assumed additionally. The
collision complexes have been stabilized by the cold He buffer gas, reaching a temperature as low as 10 K. The ternary rate coefficient has been
determined to be 8 × 10−25 cm6 s−1 . In order to further reduce the translational temperature in the beam experiment, the method of loading the
beam with heavy rare gases is used.
MO 13 Spektroskopie von Molekülen in He-Clustern
Raum: HS 355
Fachvortrag
the size distribution of helium clusters in the beam. Various porphyrin
type molecules were embedded in helium and their relaxation after electronic excitation was measured. Regardless of the excitation wavelength,
we observe emission emission only from the ground vibrational level of
the S1 state. This demonstrates that the vibrational relaxation in the
droplet is complete within the fluorescence lifetime. For zinc tetrabenzoporphine, four sets of excitation and emission spectra shifted by 30 to 50
cm-1 with respect to one another, seem to indicate the presence of four
different conformers of this molecule in helium. In the spectra of free base tetraphenylporphine, the low frequency torsional modes are strongly
broadened in helium.
MO 13.1 Di 16:30 HS 355
Spectroscopy of Organic Molecules in Helium Nanodroplets —
•Wolfgang E Ernst1 , Frank Ruediger Bruehl2 und Shuo Jiang3 — 1 Institut fuer Experimentalphysik TU Graz — 2 PhysikalischTechnische Bundesanstalt Berlin — 3 Tsinghua University Beijing PRC
Helium nanodroplets of 0.4 K internal temperature are generated in
a molecular beam experiment. They provide an almost non-interacting
matrix for the study of molecular spectra at such low temperature. We
doped large helium clusters with organic molecules such as pentacene
to investigate the influence of helium on the spectral line shapes. The
inhomogeneous contribution to the linewidth of about 12 GHz is due to
MO 14 Spektroskopie von Molekülen in He-Clustern
Raum: HS 355
MO 14.2 Di 17:15 HS 355
Relaxationsdynamik der Solvatationshülle von Molekülen in
superflüssigen Heliumtropfen — •Rudolf Lehnig und Alkwin
Slenczka — Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Regensburg, D-93040 Regensburg
Die Emissionsspektren von Phthalocyanin (Pc) in Heliumtröpfchen zeigen eine Verdoppelung aller Linien [1]. Aus der spektralen Charakteristik
dieser Verdoppelung folgt ein Vier-Niveau-Schema des Systems aus Pc
und seiner Heliumumgebung. Die Ausbildung dieser Zustände wird mit
einer Relaxation der Heliumumgebung des eingebetteten Moleküls nach
dessen elektronischer Anregung erklärt. Mit diesem Relaxationsmodell
wurden bereits pump-probe-Spektren von Tetracen in Heliumtröpfchen
interpretiert [2]. Die Emissionsspektren von Tetracen in Heliumtröpfchen
zeigen die im pump-probe Spektrum gemessenen stimulierten Emissionen
in spontaner Emission. Das Auftreten dieser Signale in den Emissionsspektren kann mit einem Drei-Niveau-Schema beschrieben werden. Dies
gilt ebenso für die pump-probe-Spektren. Den Beobachtungen in den
Emissionsspektren des Pc und des Tetracens in Heliumtröpfchen werden
zwei unterschiedliche Mechanismen der Dynamik der Solvatationshülle
zugrunde gelegt.
[1] R. Lehnig, A. Slenczka, J. Chem. Phys., 2003, 118, 8256.
[2] A. Lindinger, J. P. Toennies, A. F. Vilesov, Phys. Chem. Chem. Phys.,
2001, 3, 2581.
MO 14.1 Di 17:00 HS 355
Spektroskopie von CO Molekülen in Heliumtröpfchen — •Klaus
von Haeften1 , Carsten Krause1 , Anja Metzelthin1 , Stephan
Rudolph1 , Andreas Rüdiger1 , Iaroslav Simanovski2 und Martina Havenith1 — 1Lehrstuhl für Physikalische Chemie II, RuhrUniversität Bochum, D-44780 Bochum — 2 General Physics Institute
RAS, ul. Vavilova 38, 119991 Moscow, Russia
Die Linienbreiten der Infrarotspektren schwerer Moleküle wie SF6 oder
OCS in Heliumtröpfchen sind deutlich schmaler, als die des leichten HF
und deuten auf die Rotationsrelaxation als Ursache hin. Während für
langsam rotierende Moleküle die Kopplung an das superflüssige Helium
schwach ist, können die leichteren, schnell rotierenden Moleküle unter
Umständen Rotonen in den Heliumtröpfchen anregen und so ihre Relaxationsrate erhöhen. Die Isotopomere zweiatomiger Moleküle sind aufgrund ihrer jeweiligen B-Konstanten ideale Kandidaten, um diesen Effekt
in Heliumtröpfchen zu untersuchen. Wir präsentieren erste Spektren der
Isotopomere von CO. Die beobachteten Linienbreiten zeigen eine klare
Abhängigkeit von der jeweiligen B-Konstante. Der Trend ist in qualitativer Übereinstimmung mit dem Modell des resonanten Energietransfers
auf Rotonenzustände des supraflüssigen Heliums.
61
MO 14.3 Di 17:30 HS 355
Clusterspektroskopie und Photochemie in superflüssigen Heliumtropfen — •Alkwin Slenczka und Rudolf Lehnig — Institut
für Physikalische und Theoretische Chemie, Universität Regensburg, D93040 Regensburg
In einer systematischen Studie konnten wir zeigen, dass die Emission
elektronisch angeregter Moleküle in Heliumtropfen ausschlie
sslich aus dem Grundzustand des S1 Zustands erfolgt. Überschu
ssenergie dissipiert vor dem Strahlungszerfall in den Heliumtropfen. Dieser Effekt erlaubt die Analyse von van der Waals Clustern in Heliumtropfen. Am Beispiel der Cluster des Phthalocyanins mit Ar Atomen
kann anhand der Emissionsspektren der Cluster in Heliumtropfen isomere Strukturen von gekoppelten Anregungen der van der Waals Binungen
unterschieden werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, den Einflu
ss einzelner Lösungsmittelmoleküle auf photochemische Prozesse zu untersuchen. Wir zeigen dies am Beispiel der Tautomerisierung von 3Hydroxiflavon und dessen Clustern mit Wassermolekülen.
Superfluide Helium-Nanotröpfchen (HeN, N ≈ 10000) werden in einer
Überschallexpansion durch eine kleine Düse (d = 5 µm) bei hohem Druck
(p ≈ 80 bar) und sehr tiefen Temperaturen (T ≈ 21K) erzeugt und mit
einem oder mehreren Cäsiumatomen dotiert. Die Alkaliatome werden
hierbei an die Oberfläche der Tröpfchen gebunden. Durch die Wechselwirkung mit der Oberfläche ergeben sich stark verbreiterte und verschobene Absorptionslinien und die Bildung von CsHe-Exziplexen. Es
wurden erstmalig die Spektren der D1- und D2-Linien von an Heliumtröpfchen angelagerten Cäsiumatomen aufgenommen. Dabei haben
wir unterschiedliche Nachweismethoden (Laser-induzierte Fluoreszenz,
Strahlabschwächung bei Oberflächenionisation, massenselektierte Photoionisation) miteinander verglichen. Desweiteren wurden Anregungspektren von auf den Tröpfchen gebildeten Cäsium-Dimeren und -Trimeren
aufgenommen. Besonders interessant ist dabei, dass die elektronische angeregten Zustände teilweise strahlend und teilweise strahlungslos relaxieren.
MO 14.6 Di 18:15 HS 355
Ein neu entdecktes, hantelförmiges Cs∗ Hen>2 Exciplex —
•Daniel Nettels, Adrian Hofer, Peter Moroshkin, Reinhard Müller-Siebert, Simone Ulzega und Antoine Weis —
Département de Physique, Université de Fribourg, Chemin du Musée,
1700 Fribourg, Schweiz
Zwischen Cäsium- und Heliumatomen besteht eine Hassliebe der besonderen Art. Befinden sich beide Atome im elektronischen Grundzustand, so beobachtet man eine starke Abstossung zwischen dem ungepaarten Valenzelektron des Cäsiums und dem edlen Heliumatom. Befindet sich das Cäsiumatom jedoch in einem angeregten Zustand so können
Heliumatome entlang von Knotenlinien bzw. Knotenflächen der Orbitalfunktionen angezogen werden. Die entstehenden Cs∗Hen Moleküle werden
Exciplexe genannt. Sie lassen sich aufgrund der charakteristischen Strahlung identifizieren, die entsteht, wenn das Cäsiumatom in den Grundzustand zurückfällt. Bisher hatte man nur Cs-Exciplexe mit ein oder zwei
gebundenen Heliumatomen beobachtet, wobei jeweils ein Atom sich in
den gegenüberliegenden Mulden von apfelförmigen Cäsiumorbitalen befindet. Erstmals ist uns nun der Nachweis hantelförmiger Cs(Π1/2)Hen
Exciplexe gelungen, deren Existenz in der Literatur angezweifelt wurde. Unsere Modellrechnungen legen nahe, dass wir Cs∗ He6 beobachtet
haben, wobei die sechs Heliumatome ringförmig um die Taille der hantelförmigen Cäsiumkonfiguration angeordnet sind. Offen ist, inwiefern die
Existenz dieser Exciplexe von der Symmetrie der umgebenden Heliummatrix abhängt, in der wir die Moleküle beobachten.
MO 14.4 Di 17:45 HS 355
Echtzeitdynamik der Bildung von Rb∗ He-Exziplexen an der
Oberfläche von supraflüssigen im Gegensatz zu normalflüssigen
Heliumtröpfchen — G. Droppelmann1 , O. Bünermann1 , C. P.
Schulz2 und •F. Stienkemeier1 — 1 Fakultät für Physik, Universität
Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld — 2 Max-Born-Institut,
Max-Born-Str. 2a, 12489 Berlin
Helium-Nanotröpfchen (HeN, N ≈ 5000) werden in einer Überschallexpansion aus einer kalten Düse erzeugt und mit einzelnen Rubidiumatomen dotiert. Diese sind schwach an der Oberfläche der Tröpfchen
gebunden. Bei der elektronischen Anregung in den 5P3/2 -Zustand wird
die Bildung von Rb∗ He-Exziplexen durch Femtosekunden Pump-ProbeSpektroskopie in Echtzeit verfolgt. Dadurch, dass wir supraflüssige 4 He(T = 380 mK) und normalflüssige 3 He-tröpfchen (T = 150 mK) verwenden, lässt sich der Einfluss des superfluiden Zustandes auf den Bildungsprozess der Moleküle untersuchen. Im Gegensatz zu Ergebnissen aus Modellrechnungen, die einen Tunnelmechanismus zur Bestimmung der Bildungszeiten ansetzen [1], erhalten wir für 3 He-Tröpfchen eine deutlich
längere Bildungszeit (10.7 ps im Vergleich zu 8.4 ps bei 4 He). Die Ergebnisse werden diskutiert in Bezug auf den Zusammenhang zwischen
Relaxationsdynamik und den Eigenschaften des Heliums.
[1] Reho et al., J.Chem.Phys. 113, 9694 (2000).
MO 14.5 Di 18:00 HS 355
Spektroskopie von Cäsium-dotierten Helium-Nanotröpfchen
— •O. Bünermann1 , M. Mudrich2 , F. Stienkemeier1 und
M. Weidemüller2 — 1 Fakultät für Physik, Universität Bielefeld,
Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld — 2 Physikalisches Institut,
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Hermann-Herder-Strasse 3, 79104
Freiburg
MO 15 Femtosekundenspektroskopie: Photoelektronen + Isomerisierung
Raum: HS 315
MO 15.1 Di 16:30 HS 315
Changes of the electronic structure along the internuclear coordinate studied by ultrafast photoelectron spectroscopy: the
21 Σ+
u Na2 double-minimum state — •Oksana Graefe, Matthias
Wollenhaupt, Andreas Assion, Dirk Liese, Cristian SarpeTudoran, Marc Winter, and Thomas Baumert — University of
Kassel, Institute of Physics and Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT), Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132
Kassel, Germany
In a two-color femtosecond pump-probe experiment photoelectron
spectra were detected to map the nuclear wave packet on the 21 Σ+
u Na2
double-minimum state. The wave packet serves as a local probe for the
R-dependent ionization probability. The pump photon energy of 3.65 eV
allows to access a range of internuclear distances from 3 - 9 Å. The bound
2 +
12 Σ+
g and the repulsive 1 Σu ionic states are accessible with the probe
photon energy of 4.68 eV. Energy resolved photoelectron measurements
permitted to rule out competing ionization pathways. Our results show
that for the bound ionic state the ionization probability at the outer turning point is 4.0±0.4 times larger than that at the inner turning point.
MO 15.2 Di 16:45 HS 315
Chirped pulse ionization: bondlength dynamics and interference effects — •Volker Engel, Theo Lohmüller, and marco
Erdmann — Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg,
Am Hubland, D-97074 Würzburg, Germany
Ionization with chirped pulses is studied using the Na2 molecule as
a numerical example. Bondlength expectation–values are determined for
different linear chirp parameters. It is shown that under certain conditions the photoelectron spectra can exhibit a pronounced interference
structure which has an analogy in oscillatory patterns and the rainbow
structure found in the scattering amplitude for atom–atom collisions.
62
MO 15.3 Di 17:00 HS 315
Zeitaufgelöste
Photoelektronenspektroskopie
von
paraDifluorbenzol mit einem Imaging-Spektrometer - Schwingungsquantenbeats — •Christoph Riehn1 , Victor V. Matylitsky1 ,
Bernd Brutschy1 , Till Jahnke2 , Reinhard Dörner2 und Horst
Schmidt-Böcking2 — 1 Institut für Physikalische und Theoretische
Chemie, Johann Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/M., MarieCurie-Str. 11, 60439 Frankfurt/M. — 2 Institut für Kernphysik, Johann
Wolfgang Goethe-Universität Frankfurt/M., August-Euler-Str. 6, 60486,
Frankfurt/M.
Die Superposition des 51 - und des 62 -Schwingungszustandes von paraDifluorbenzol nach elektronischer Anregung mit einem ps-Laserpuls wurde durch Photoionisation mit einem zweiten ps-Puls zeitaufgelöst abgefragt. Die Überlagerung führt zu einer Oszillation im Gesamtionenstrom mit einer Periodendauer von ca. 12 ps. Die korrespondierenden Elektronenenergie-Spektren wurden mit einem neu aufgebauten 3DPhotoelektronen-abbildenden Detektor im Zählmodus bei 0.5 kHz Wiederholrate aufgezeichnet. Die Abhängigkeit dieser Spektren von der
Verzögerungszeit wird diskutiert. Die besonderen Eigenschaften des Verfahrens für die Untersuchung von dynamischen Prozessen im Pikosekundenbereich mittels zeit-, energie-, und winkelaufgelöster Photoelektronenspektren werden erläutert.
Hula-Twist-Weg erklärbar; der andere Weg wäre nicht behindert. HulaTwist ist also der Kanal niedrigster Energie der cis-trans-Isomerisierung
im ungehinderten Molekül. Die Reaktion wird gelenkt durch eine innere
treibende Kraft, nämlich durch das Gefälle des Wegs durch den konischen
Schnitt.
MO 15.6 Di 17:45 HS 315
Excited state dynamics of trans- and cis-azobenzene after UV
excitation in the ππ ∗ band: Isomerization in the S1 state —
•Markus Braun, Christopher Root, and Helmut Satzger —
Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für BioMolekulare
Optik, Oettingenstraße 67, 80538 München
In azobenzene, two benzene rings are connected via two double bonded
nitrogen atoms (azo group, N=N). The molecule has two isomers, the
thermally stable trans- and the metastable cis-form. They can be interchanged by optical excitation with light at suitable wavelengths with a
time constant of the isomerisation reaction in the sub-ps to ps range.
Transient absorption measurements on cis- and trans-azobenzene after
UV excitation in the ππ ∗-band are presented and compared to data obtained after VIS excitation in the nπ ∗-band. The data show a two-step
process, where after a fast motion on the S2 potential energy surface, the
molecule relaxes to the S1 -state and in both cases (trans → cis and cis →
trans) the isomerization reaction takes place on the S1 potential energy
surface.
MO 15.4 Di 17:15 HS 315
Femtosekunden zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie
an trans-Stilben — C. Dietl1 , P. Niklaus1 , •E. Papastathopoulos1 , F. Santoro2 und G. Gerber1 — 1 Physikalisches Institut,
Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg — 2Istituto per
i Processi Chimico Fisici, Molecular Modeling Lab, Area della Ricerca
del CNR di Pisa, Via Moruzzi 1, I-56124 Pisa, Italy
Photoisomerisierungsreaktionen wurden sehr intensiv sowohl experimentell als auch theoretisch untersucht, um intramolekulare Strukturänderungen besser zu verstehen. Wir verwendeten die Technik der
Femtosekunden zeitaufgelösten Photoelektronenspektroskopie zur Beobachtung der trans–cis Photoisomerisierungsreaktion von Stilben. Trans–
Stilben wurde durch einen 266nm femtosekunden Laserpuls über die Isomerisierungsbarriere angeregt. Die zeitliche Dynamik wurde durch Ionisation mit einem zweiten 266nm Laserpuls in einem Pump-Probe Experiment anhand der emittierten Photoelektronen verfolgt. In den gemessenen transienten Photoelektronenspektren sind zwei Beiträge mit
unterschiedlicher Dynamik enthalten. Neben dem eindeutig zu identifizierenden Beitrag aus der Ionisation des S1 Zustands mit einer Dynamik
auf einer ps-Zeitskala wird in dem zweiten Beitrag ein Hinweis auf einen
weiteren elektronischen Zustand gefunden. Die experimentellen Ergebnisse werden auf Basis neuester theoretischer Arbeiten diskutiert.
MO 15.7 Di 18:00 HS 315
Impact of a strong Push-Pull Substitution on the Femtosecond Isomerisation of Azobenzene — •Bernhard Schmidt,
Constanze Sobotta, Stefan Malkmus, Stefan Laimgruber,
Markus Braun, Wolfgang Zinth, and Peter Gilch — Sektion
Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, Oettingenstr. 67, D-80538
München, Germany
Due to its prototypical character the isomerisation of azobenzenes
has been subject to many femtosecond studies dealing with the parent compound. A push-pull substitution reduces the thermal isomerisation times. Here we report on femtosecond fluorescence and absorption experiments on the photodynamics of the push-pull compound
4 − nitro − 40 (dimethylamino) − azobenzene (NA). Immediately after
excitation, the emission of NA mirrors the absorption spectrum. This
emission decays within 100 fs and is followed by a broad red-shifted
emission decaying in 1 ps. This behaviour recurs in the absorption data
which in addition yield information on the ground state recovery and
cooling processes. The recovery dynamics suggest that the 100 fs process
does not lead to a re-population of the ground state. Though qualitively
similiar to azobenzene, in NA all processes are accelerated.
MO 15.8 Di 18:15 HS 315
Einfluss des Lösungsmittels auf die ultraschnellen Faltungsprozesse bei Azopeptiden — •Christopher Root1 , Helmut Satzger1 , Josef Wachtveitl2 , Raymond Behrendt3 , Christian Renner3 , Luis Moroder3 und Wolfgang Zinth1 — 1 Lehrstuhl für
BioMolekulare Optik, Oettigenstr. 67, Ludwig-Maximilians-Universität
München, 80538 München — 2 Institut für Physikalische und Theoretische Chemie 11, Marie-Curie-Str. 11, 60439 Frankfurt am Main — 3 MaxPlanck-Institut für Biochemie, am Klopferspitz 18a, 82152 Martinsried
Azopeptide ermöglichen die zeitaufgelöste Beobachtung der ersten Schritte bei der Peptidfaltung. Durch die schnelle trans/cis
Isomerisierung des Chromophors Azobenzol (wenige ps) kann die
Strukturänderung des Petidteils getriggert und mittels zeitaufgelöster
transienter Absorptions-Spektroskopie beobachtet werden.
Neuartige wasserlösliche Peptid-Chromophor-Systeme, die teilweise
auch biologische Aktivität zeigen, wurden untersucht. Nach der schnellen
Isomerisierung des Azobenzols sind durch Rückwirkungen des Peptidteils
auf den Chromophor indirekt die ersten Faltungsprozesse sichtbar.
Durch den Vergleich der Ergebnisse mit früheren Messungen in DMSO
wird deutlich bei welchen Prozessen die Eigenschaften des Lösungsmittels
eine Rolle spielen.
MO 15.5 Di 17:30 HS 315
Die cis-trans-Isomerisierung von freiem Stilben folgt einem
Hula-Twist-Weg — •Werner Fuß1 , Konstantin Kosmidis2 ,
Wolfram E. Schmid1 und Sergei A. Trushin1 — 1 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, 85741 Garching — 2 Dept. of Physics, University, Gr-45110 Ioannina
cis-Stilben wurde in Gasphase mit einem 75-fs-Puls bei 270 nm angeregt und durch Ionisation bei 810 oder 2100 nm durch zeitabhängige
Messung der Massenspektren abgefragt. Dabei fanden wir nicht nur die
bekannte Zerfallszeit (300 fs) der fluoreszierenden Region, sondern eine zweite Zeitkonstante (160 fs), die wir dem Verlassen des senkrechten Minimums p* (des lange gesuchten ”Phantomzustands” mit verdrilltem Ethen-Teil) zuordnen. Die kurze Lebensdauer erfordert einen konischen Schnitt zum Verlassen von p*. Neben C=C-Verdrillung werden
dafür weitere Koordinaten benötigt, nach quantenchemischen Rechnungen entweder Pyramidalisierung (Umhybridisierung) eines Ethen-C oder
Verdrillung der Phenyl-C-Einfachbindung (”Hula-Twist”, weil sich dabei
effektiv nur der Mittelteil des Moleküls dreht). Deshalb haben wir auch
die p*-Lebensdauer eines ”steifen Stilbens” gemessen, wo die Verdrillung der Einfachbindungen durch Angliederung von zwei fünfgliedrigen
Ringen blockiert ist. Wir fanden 840 fs. Diese längere Zeit ist nur im
63
MO 17 Poster II
MO 17.1 Do 14:00 Schellingstr. 3
Towards trapping of slow, polar molecules from an effusive
source — •T. Rieger, T. Junglen, S.A. Rangwala, P.W.H.
Pinkse, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching.
The ability to trap cold molecules should facilitate the study of ultracold molecular physics and of ultracold collisions in particular. In the last
few years significant steps towards this goal have been made [1].
Recently, we have successfully produced a beam of slow polar molecules
with a new filtering technique [2]. In that experiment, molecules from a
room-temperature effusive source are injected into a bent electrostatic
quadrupole guide, which acts as a longitudinal and transversal velocity
filter for molecules in a low-field-seeking Stark state. The effusive source
is now pre-cooled to temperatures below the melting point of the polar
molecule (ND3) that is being used. Here we report on these and other
improvements in the design, which increased the flux of slow molecules
and improved the vacuum in the detection chamber. We plan to use this
improved source to continuously load an electrostatic trap, for which it
is vital to have velocities smaller than about 10 m/s.
[1] D. Egorov et al., Phys. Rev. A 66, 043401 (2002); H.J. Loesch et al.,
Phys. Rev. Lett. 85, 2709 (2000); H.L. Bethlem et al., Phys. Rev. Lett.
88, 13003 (2002)
[2] S.A. Rangwala et al., Phys. Rev. A 67, 043406 (2003)
Rotationsrelaxation in dotierten Heliumtröpfchen — •Stephan
Rudolph1 , Carsten Krause1 , Anja Metzelthin1 , Andreas
Rüdiger1 , Iaroslav Simanovski2 , Klaus von Haeften1 und
Martina Havenith1 — 1 Lehrstuhl für Physikalische Chemie II,
Ruhr-Universität Bochum, D-44780 Bochum — 2 General Physics
Institute RAS, ul. Vavilova 38, 119991 Moscow, Russia
Bei einer Düsenstrahlexpansion von Helium ins Vakuum entstehen Heliumtröpfchen, in denen Moleküle bei 0,37 K spektroskopisch untersucht
werden können. Wir haben eine Molekularstrahlanlage aufgebaut, mit
der mit Hilfe eines Bleisalz-Diodenlasers im Bereich von 2100 cm−1 erstmals die Spektren der Isotopomere von CO im Heliumtröpfchen aufgenommen werden konnten. Die Linienbreiten stimmen mit früheren Beobachtungen an anderen Molekülen darin überein, dass leichtere Moleküle
im Heliumtröpfchen ihre Relaxationsrate erhöhen können. Die hier gemessenen Linienbreiten zeigen eine klare Abhängigkeit von der jeweiligen B-Konstante. Die Spektren zeigen jeweils eine einzige Linie, die mit
großer Genauigkeit durch eine Lorentz-Funktion beschrieben wird, was
einen homogenen Verbreiterungs-Mechanismus vermuten lässt. Weiterhin
konnten unter Berücksichtigung der Isotopie Rückschlüsse auf den Einfluss des Heliums auf die Rotationskonstanten von CO gezogen werden.
Formation of homo- and heteronuclear alkali molecules on
helium nanodroplets — •M. Mudrich1 , O. Bünermann2 , F.
Stienkemeier2 , and M. Weidemüller1 — 1 Physikalisches Institut,
Universität Freiburg, 79104 Freiburg — 2 Fakultät für Physik, Universität
Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld
We present excitation spectra of heteronuclear alkali dimers (LiCs and
NaCs) and of different oligomer states of cesium and rubidium formed
on superfluid helium nanodroplets. The beam of helium nanodroplets is
created by supersonic expansion through a small nozzle (d = 5 µm) at
low temperature (T ≈ 20 K) and at high pressure (p ≈ 80 bar). Different
detection schemes (photoionization, laser-induced fluorescence and laserinduced beam depletion) are compared. Mass-selective photoionization
reveals the formation of CsHe* exciplexes both at the D1 and D2 transition of the cesium atoms attached to helium clusters. Characteristic
features in the cesium excitation spectrum are identified as Cs3 trimer
states. From the LiCs and NaCs excitation spectra we deduce constraints
to ab initio potential curves.
Sympathetic Cooling of Complex Molecules in a Linear
Paul Trap — •Hartmut Borawski, Alexander Ostendorf,
Bernhard Roth, and Stephan Schiller — Heinrich-HeineUniversitaet Duesseldorf
Ultracold molecules promise new perspectives in the field of molecular
physics and high resolution spectroscopy.
The goal of our experiment is to apply the method of sympathetic
cooling in a linear Paul trap for complex molecules (with masses up to
30.000 amu): laser cooled Ba+ is stored together with the molecules to reduce the kinetic energy of the molecules by Coulomb interaction. If laser
cooling is strong enough the trapped Ba+ forms an ion crystal in which
the complex molecules can be embedded. The spatially located molecules
can be investigated at rest, e.g. by using spectroscopic techniques.
We present recent results on the transfer of complex molecules from a
commercial ESI source into the linear Paul trap. Further we report on the
progress in laser-cooling of Ba+ and in the imaging of large ion crystals
using an ICCD camera.
Anregungsdynamik des Silber-Dimers in Heliumtropfen — •A.
Przystawik, P. Radcliffe, Th. Diederich, J. Tiggesbäumker
und K.-H. Meiwes-Broer — Fachbereich Physik, Universität Rostock,
Universitätsplatz 3, 18051 Rostock
Bei einer Düsenstrahlexpansion von Helium ins Vakuum entstehen Heliumtröpfchen, in denen durch den Einfang von Atomen in einer Pick-UpZelle extrem kalte, neutrale Cluster gebildet werden können [1].
Die optische Spektroskopie kleiner Silbercluster mit Zweiphotonenionisation hat ausgeprägte Resonanzen für einige Größen gefunden [2]. Die
Nutzung der resonanten Ionisation als Mittel zur Massenselektion erlaubt
die Aufnahme von Photoelektronenspektren der neutralen Spezies. Dieses
Werkzeug eignet sich insbesondere für die Untersuchung der angeregten
Zustände des Clusters mit der Pump-Probe-Technik. Das Silber-Dimer
zeigt nach der Anregung Relaxationen auf unterschiedlichen Zeitskalen.
Weiterhin deuten die Messungen darauf hin, daß bei der resonanten Ionisation mit Photonen von 4 eV Energie auch Dreiphotonenprozesse eine
Rolle spielen.
[1] A. Bartelt, J.D. Close, F. Federmann, N. Quaas und J.P. Toennies,
Phys. Rev. Lett. 77, 3525 (1996)
[2] F. Federmann, K.Hoffmann, N. Quaas und J.P. Toennies, Eur. Phys.
J. D 9, 11 (1999)
Stark-Abbremsung und Kühlung von großen Molekülen —
•Jochen Küpper1 , Hendrick L. Bethlem2 und Gerard Meijer1
— 1 Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft, Abteilung Molekülphysik, Berlin — 2 FOM Instituut voor Plasmafysica “Rijnhuizen”,
Nieuwegein, Die Niederlande
Die Untersuchung von Biomolekülen in der Gasphase ist ein wichtiger Ansatz zu einem detaillierten Verständnis der Bausteine des Lebens.
In den letzten Jahren wurden große Fortschritte bei der Untersuchung
der intrinsischen Eigenschaften von Biomolekülen mit Hilfe von Gasphasenspektroskopie gemacht [1]. Die Erzeugung ultrakalter, isolierter Biomoleküle erlaubt weitergehende Untersuchungen mittels hochauflösender
Spektroskopie und Streuexperimenten. In unserer Arbeitsgruppe haben
wir Methoden entwickelt um neutrale, polare Moleküle mit Hilfe zeitlich variierender hoher elektrischer Felder abzubremsen und zu kühlen
[2]. Hier demonstrieren wir wie diese Methoden auf große organische und
biologisch relevante System übertragen werden können. Wir präsentieren erste Ergebnisse zur Abbremsung von Molekülen in hochfeldsuchenden Zuständen und stellen ein neues Experiment zur Abbremsung und
Kühlung von Biomolekülen vor.
[1] Sonderausgabe Biomoleküle in der Gasphase“ Eur. Phys. J. D 20(3),
”
309–626 (2002)
[2] H.L. Bethlem und G. Meijer, Int. Rev. Phys. Chem. 22, 73–128 (2003)
Dynamik von Metallclustern in einer Ar-Matrix — •Frank Fehrer1 , Paul Gerhard Reinhard1 und Eric Suraud2 — 1 Institut für
Theoretische Physik II, Universität Erlangen,Staudtstraße 7, D-91058 Erlangen — 2 Laboratoire de Physique Quantique, 118 route de Narbonne,
F-31062 Toulouse Cedex, France
64
Wir haben eine mikroskopische Beschreibung des gekoppelten
Cluster-Matrix-Systems entwickelt. Sie basiert auf folgenden Ingredienzien: Zeitabhängige Dichtefunktionaltheorie für die Cluster-Elektronen,
Kopplung an die Edelgasatome durch Pseudopotentiale, kurzreichweitige
Abstoßung und einen Van-der-Waals-Beitrag. Das Modell wird an
empirisch bekannte Daten der Dimere Na-Ar und Ar-Ar kalibriert.
Als erste Anwendungen untersuchen wir den Einfluss der Ar-Matrix
auf das Dipol-Spektrum der Cluster sowie auf die Dynamik von Laseranregungen. Im zweiten Schritt analysieren wir den Energietransport vom
Cluster in die Matrix und die nachfolgende Veränderung der Matrix durch
die Anregung.
one of the fragments is in a Rydberg state as well and where the effective principal quantum number of the Rydberg electron is conserved. N2
Rydberg states (C2 Σ+
u )nsσ (v ) were investigated using monochromized
synchrotron radiation to clarify whether such a behavior can also be observed in N2 . Dispersed fluorescence from excited NI fragments in the
spectral ranges from 114 nm to 135 nm and simultaniously from 82 nm
to 102 nm in the exciting-photon energy range from 23 eV to 24.3 eV and
25.6 eV to 26.7 eV was investigated. The exciting photon energy range
was chosen such that it lies just beneath the thresholds for dissociative
ionisation into the fragments NII(3P) + NI(4S) and NII(3P) + NI(2 D).
In this exciting energy regions intensities from NI fragment fluorescence
transitions 2p2 (3 P)3s 4 P → 2p3 4 S, 2p2 (3 P)3d 2 P → 2p3 4 S and from
transitions in the VUV-region 2p2 (3P)nd and 2p2 (3P)ns were measured
as functions of the exciting-photon energy with the very narrow bandwidth of 2meV.
Cluster impact dynamics — •Anna Tomsic and Christoph Gebhardt — Max-Planck-Institut für Quantenoptik
We present results from classical molecular dynamics simulations of the
impact of clusters of SO2 and H2 O on rigid model surfaces. The clusters
consist of 103 molecules and collide with the surface at a wide range of
impact velocities. The degree of fragmentation, the internal temperature
of the final fragments and the characteristics of the monomer emission
can efficiently be described by scaling parameters related to the binding
energy of the cluster and the impact velocity. To study the effect of the
presence of a charged particle on the outcome of the collision, a Na+ ion
was introduced to the center of impacting water clusters. The ion typically acts as a spectator to the collision and ends up in one of the largest
surviving cluster fragments. The immediate environment of the ion inside
the cluster was examined, and we found that its ligand shell is rapidly exchanged during the collision by a combination of impact-induced removal
of ligands and diffusion.
Competition between Autoionization and Dissociation
into neutral fragments of the O2 vibronic Rydbergstates
3 −
(c4 Σ−
Σu (v = 0 , 1 ) — •Sebastian Lucht1 , Lutz
u )ns/ndσg
1
Werner , Stephan Klumpp1 , Hans Schmoranzer1 , Arno
Ehresmann1 , Phillip Demekhin2 , Victor Sukhorukov2 , Sven
Kammer3 , Sascha Mickat3 , Rüdiger Schill3 , and Karl-Heinz
Schartner3 — 1 Technische Universität Kaiserslautern — 2 Rostov
State University of Transport Communications — 3 I. Physikalisches
Institut Justus Liebig Universität Giessen
The competition between autoionization and dissociation into neutral
3 −
fragments of the vibronic Rydberg states O2(c4 Σ−
Σu (v =
u )ns/ndσg
0 , 1 ) has been investigated using photon-induced fluorescence spectroscopy and the simultaneous measurement of the photo ion yield. For
3 −
the vibronic Rydberg states (c4Σ−
u )ns/ndσg Σu (v = 1 ) strong features
in the fluorescence wavelength region from 90 to 105 nm were observed
but only weak features in the photo ion yield, indicating strong dissocia3 −
tion. In contrast for the vibronic Rydberg states (c4 Σ−
u )ns/ndσg Σu (v =
0 ) only weak features were observed in the fragment fluorescence but
strong features in the photo ion yield, indicating strong autoionisation.
Experiments were performed with monochromatized synchrotron radiation with a bandwidth of ∆E = 1.5 meV where it was possible to observe
single rotational branches. The experiments are compared to ab-initio
calculations for the partial autoionization and dissociation widths and to
the corresponding simulations of spectroscopic shape of the rovibronic
branches.
Photodetachment-Photoelektronen Spektroskopie und ZEKESpektroskopie an Halogen-N2 O Clustern — •Martin Tschurl,
Christoph Ueberfluß, Volker Distelrath und Ulrich Boesl — Institut für Pysikalische und Theoretische Chemie, TU München,
85747 Garching
Halogen-N2 O Cluster haben ihr Vorkommen vor allem in der Stratosphäre. Da die Halogene maßgeblich am Abbau des Ozonloches mitwirken, ist das Untersuchen ihrer Cluster ein weiterer Beitrag zum
Auffinden atmosphärenchemisch wichtiger Prozesse. Dabei kann mittels
Photodetachment-Photoelektronen Spektroskopie (PD -PES) die Clusterstärke über die Verschiebung der Elektronenaffinität von freien Halogen zu Halogencluster bestimmt werden. Die hochauflösende Variante
der PD-PES stellt die Anionen-ZEKE (zero kinetic energy) Spektroskopie
dar. Mittels ZEKE Spektroskopie können selbst die niederenergetischen
van der Waals Schwingungen des Cl-N2 O Clusters aufgelöst werden.
High resolution studies of Autler-Townes effect in Na2. — •R.
Garcia Fernandez1 , A. Ekers1 , J. Klavins2 , L.P. Yatsenko3 ,
N.N. Bezuglov4 , O. Kaufmann1 , B.W. Shore1 , M. Auzinsh2 ,
and K. Bergmann1 — 1 FB Physik, TU Kaiserslautern. — 2 Dept. of
Physics of the Latvian University, Riga. — 3 Inst. of Physics of the
Academy of Sciences, Kiev, Ukraine. — 4 V.A. Fock Inst. of Physics,
Univ. St.Petersburg, Russia
1 +
1 +
Autler-Townes effect in a cascade scheme X 1 Σ+
g → A Σu → 5 Σg
1 +
(or 6 Σg ) in Na2 molecules has been studied with high resolution using a well collimated supersonic molecular beam. A strong cw laser field
couples the intermediate and the final level. The excitation spectrum obtained by scanning the weak cw probe laser over the resonance of the
transition between the populated initial level and the intermediate level
yields a well resolved Autler-Townes doublet. The doublets measured at
different intensities and detunings of the probe and pump lasers are consistent with theoretical predictions. The experiments were performed for
two combinations of rotational levels: J 00 = 1 → J 0 = 0 → J = 1, and
J 00 = 7 → J 0 = 8 → J = 9. The former simulates a three level system,
while the latter involves a multitude of mJ sublevels. The differences of
the results in these two cases and the consequences of a deviation from
perfect geometric alignment of the laser beams for the shape of the doublets are discussed.
Photodetachment-Photoelektronen Spektroskopie und ZEKESpektroskopie an Halogen-N2 O Clustern — •Martin Tschurl,
Christoph Ueberfluß, Volker Distelrath und Ulrich Boesl — Institut für Pysikalische und Theoretische Chemie, TU München,
85747 Garching
Halogen-N2 O Cluster haben ihr Vorkommen vor allem in der Stratosphäre. Da die Halogene maßgeblich am Abbau des Ozonloches mitwirken, ist das Untersuchen ihrer Cluster ein weiterer Beitrag zum
Auffinden atmosphärenchemisch wichtiger Prozesse. Dabei kann mittels
Photodetachment-Photoelektronen Spektroskopie (PD -PES) die Clusterstärke über die Verschiebung der Elektronenaffinität von freien Halogen zu Halogencluster bestimmt werden. Die hochauflösende Variante
der PD-PES stellt die Anionen-ZEKE (zero kinetic energy) Spektroskopie
dar. Mittels ZEKE Spektroskopie können selbst die niederenergetischen
van der Waals Schwingungen des Cl-N2 O Clusters aufgelöst werden.
Photodissociation processes of Rydberg states in N2 in the
exciting-photon energy ranges between 23 eV to 24.3 eV and
25.6 eV to 26.7 eV — •Lutz Werner1 , Sebastian Lucht1 ,
Stephan Klumpp1 , Hans Schmoranzer1 , Arno Ehresmann1 ,
Sven Kammer2 , Sascha Sukhorukov2 , Rüdiger Schill2 , and
Karl-Heinz Schartner2 — 1 Technische Universität Kaiserslautern
— 2 I. Physikalisches Institut Justus Liebig Universität Giessen
It has been recently shown that neutral photodissociation of the
3 −
−
O2 (c4 Σ−
Σu , (v = 0 , 1 ) and the CO (4 Σ−
u )nlλ
u )nsσg Σu Rydberg
states are state selective. They dissociate into neutral fragments where
Anomalous appearance of Autler-Townes effect due to interference with optical pumping. — •A. Ekers1 , R. Garcia Fernandez1 , J. Klavins2 , L.P. Yatsenko3 , N.N. Bezuglov4 , O. Kaufmann1 , B.W. Shore1 , and K. Bergmann1 — 1 FB Physik, TU Kaiserslautern, Germany. — 2 Dept. of Physics, University of Latvia, Riga. —
3
Inst. of Physics of the Academy of Sciences, Kiev, Ukraine. — 4 V.A.
Fock Inst. of Physics, Univ. St.Petersburg, Russia.
65
The effect of optical pumping on the Autler-Townes splitting in a cas1 +
1 +
cade scheme X 1 Σ+
g → A Σu → 5 Σg in Na 2 molecules has been studied
with high resolution using a well collimated supersonic molecular beam.
The initially populated lower level is coupled by a strong cw laser field
with the intermediate level. The intermediate level is probed by a weak
cw laser field at frequencies around the resonance with the upper level.
Depending on the detuning of the coupling laser, the excitation spectrum of the upper level shows either only one narrow peak, or a strongly
distorted double peak structure, or one broad asymmetric peak. This observation is explained by interplay between optical pumping and ac Stark
shift. Improper interpretations of earlier studies of Autler-Townes effect
in similar schemes are also discussed.
Infrared spectroscopy of gas phase cluster anions — •J. Mathias Weber, Holger Schneider, and Alexia Glöß — Institut
für Physikalische Chemie, Universität Karlsruhe, D-76128 Karlsruhe,
Deutschland
Ion-molecule complexes of atomic anions with carbon dioxide have
been studied by gas phase infrared photodissociation spectroscopy. Ions
were formed by attachment of secondary electrons to atomic and molecular precursors in the electron impact plasma generated in the high density
region of a pulsed supersonic expansion. Ions were mass selected using
a time-of-flight mass spectrometer, and interacted with pulsed infrared
radiation from an optical parametric oscillator/amplifier. Spectra were
taken between 2250 cm−1 and 3800 cm−1 by monitoring the fragment
ions generated by vibrational predissociation, and interpreted using quantum chemical calculations. We observe that for clusters containing halide
anions, the asymmetric stretch mode of the carbon dioxide molecule is
red shifted from the frequency of free carbon dioxide, with the red shift
increasing towards the lighter halide ions.
Stark-Effekt des asymmetrischen Rotators - das Programm
STARS — •Elke Heinecke, Markus Glugla und Achim Hese
— Technische Universität Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik
Wir stellen das von uns entwickelte Programm STARS zur Berechnung
des Stark-Effektes des asymmetrischen Rotators vor. Das Programm berechnet den Stark-Effekt des asymmetrischen Rotators wahlweise durch
Diagonalisierung der Stark-Matrix oder via Störungsrechnung. Es erlaubt
sowohl die Simulation ganzer Stark-Spektren als auch die Berechnung einzelner Linienaufspaltungen und -verschiebungen auf der Basis von Dipolmomenten und Polarisierbarkeiten. Das Programm läuft unter Windows
und ist einfach zu bedienen.
Photoelectron Spectroscopy of Isolated Multiply Charged
Oligonucleotides — •J. Mathias Weber1 , Ilya N. Ioffe2, Katja
M. Berndt1 , Daniel Löffler1 , Jochen Friedrich1 , Oli T.
Ehrler1 , Joel H. Parks3 , and Manfred M. Kappes1 — 1 Institut
für Physikalische Chemie, Universität Karlsruhe, D-76128 Karlsruhe,
Germany — 2Chemistry Department, Moscow State University, Moscow
119899, Russia — 3 The Rowland Institute at Harvard, 100 Edwin H.
Land Boulevard, Cambridge, MA 02142, USA
Mass spectrometry and ultraviolet photoelectron spectroscopy were
used to investigate the electronic properties of isolated DNA oligonucleotides. [dA5 − 4H]4− , and [dT5 − 4H]4− ions carrying four negative
charges were formed by electrospray ionization and mass selected in
an ion beam. Their photoelectron spectra were analyzed using a magnetic bottle electron spectrometer. We find the fourth electron affinity
to be slightly negative (-0.30(15) eV) for [dA5 − 4H], while it is positive
(+0.90(15) eV) for [dT5 − 4H]. This significant influence of the base composition on energetics is in turn relevant for analytic applications as well
as in the context of DNA charge transfer properties.
Use of point–group symmetries in the analysis of vibrational
spectra — •Katya Rykhlinskaya and Stephan Fritzsche — Universität Kassel, Institut für Physik, D–34132 Kassel, Germany
In recent years, a large number of experiments has been carried out
to study the properties of molecules and clusters. They often use the
techniques of vibrational spectroscopy to resolve the geometrical structure and the bonds of the molecules. Two experimental techniques are
known today to measure the vibrational spectra of the molecules: infrared absorption and Raman scattering [1]. However, in order to derive
the symmetry and structure of the molecules from the observed spectra,
they have to be combined with point group theory. To facilitate the use
of this theory in vibrational spectroscopy, here we present and discuss a
set of Maple procedures (called the Bethe package [2]). We show in
particular how these procedures can be used to analyse the spectra from
infrared and Raman spectroscopy. In addition, the interactive design of
this package may help the user in following up the literature and in daily
research work.
[1] D. C. Harris, M. D. Bertolucci, Symmetry and Spectroscopy (Dover
Publication, New York, 1989).
[2] S. Fritzsche and K. Rykhlinskaya, Comp. Phys. Commun., submitted
(2003).
Characterization of a carbon sublimation source for studying
the growth of small carbon cluster ions C+
n . — •Silvio Decker,
Igor Savić, Ivo Čermák, and Dieter Gerlich — Department of
Physics, Technische Universität Chemnitz, 09126 Chemnitz, Germany
For studying astrochemically relevant collision processes between
+
stored ions (e.g. C+
n or D3 ) and carbon atoms and molecules, a sublimation source has been integrated into an ion trapping apparatus. The
sublimation efficiency of two permanently compressed and electrically
heated carbon rods has been characterized as a function of the heating
power and the resulting operating temperature. The flux of the emitted
C, C2 und C3 molecules has been determined via two different methods,
electron bombardment and deuteron transfer reactions by analyzing the
trap content with a mass spectrometer. Assuming a translational temperature of 3000 K one obtains in the trap which is at a distance of 40 cm, a
carbon number density of up to 108 cm−3 . A detailed analysis has shown,
that a large fraction of the emitted carbon (>70%) condenses already on
the rods or in close vicinity. Quantitative analysis of the increase of C+
4
product ions allows us to conclude that these ions are growing with rate
coefficients larger than 10−11 cm3 s−1 .
Spektroskopische Charakterisierung von (protonierten) Imidazol Clusterionen — •Nicola Solca, Horia-Sorin Andrei und Otto Dopfer — Physikalische Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg
Imidazol (Im=C3 N2 H4) ist ein heterozyklischer, stark basischer aromatischer Fünfring von zentraler Bedeutung in der Biochemie, da Im
ein Baustein der beiden DNA Basen Adenin und Guanin darstellt. Zudem werden H-brückengebundene Ketten der Form Imm als aussichtsreiche Kandidaten für effektive Protonenleiter in modernen Brennstoffzellen
diskutiert. Daher sind Studien zu den geladenen bzw. protonierten Imidazolketten und deren Solvatationsverhalten von grundlegendem Interesse.
In diesem Beitrag berichten wir über die spektroskopische Charakterisierung von Clustern der Form Im+ -Ln und Imm H+ -Ln mit Hilfe der IR
Photodissoziation [1]. Dabei stehen folgende Fragestellungen im Vordergrund: (1) Im und ImH+ bieten mehrere attraktive Bindungsplätze für
neutrale Liganden L an (z.B. H-Brücken bzw. π-Bindungen), deren Bindungsstärke vom Grad der Protonierung und der Anzahl der Im Einheiten
(m) im Cluster abhängt; (2) die Azidität der N-H Bindungen in Imm H+ Ln hängt ebenfalls von der Kettenlänge m und der Art und Anzahl der
Liganden ab. Die Analyse der IR Spektren führt im Zusammenspiel mit
quantenchemischen Methoden zu einem detaillierten Verständnis dieser
elementaren Phänomene auf molekularer Ebene.
[1] O. Dopfer, Int. Rev. Phys. Chem. 22, 437 (2003).
Study of H+
3 production and rotational de-excitation in a
hollow cathode ion source — •Simon M. Altevogt1 , Henrik B.
Pedersen1 , Vola Andrianarijaona1 , Henrik Buhr1 , Holger
Kreckel1 , Sven Krohn1 , Lutz Lammich1, Daniel Strasser2 ,
Daniel Zajfman2 , Dirk Schwalm1, and Andreas Wolf1 —
1
Max-Planck-Institut für Kernphysik, 69117 Heidelberg, Germany —
2
Weizman Institut of Science, 76100 Rehovot, Israel
In many plasma ion sources H+
3 is produced with high rovibrational
excitation (3000K). With the aim of producing rotationally cold H+
3 ions
a hollow cathode ion source has been built closely following a design in
use in the group of Prof. H. Helm at the Universität Freiburg. The liquid
nitrogen cooled source delivers a stable current of up to several µA of
H+
3 . Detailed dependencies of the ion yield on the inside H2 -gas pressure,
discharge intensity and electrical extraction field strength in the ion drift
66
region were obtained. To determine the rotational temperature of the
ions, the kinetic energy release following dissociative recombination of
the H+
3 ions from the source with electrons at zero relative energy was
measured in a merged beam setup at the heavy ion storage ring TSR. By
comparing the results to Monte-Carlo simulations, it could be shown that
with a suitable combination of H2-gas pressure and electrical extraction
field the rotational temperature of the H+
3 ions could be reduced to the
level of ≈1000K.
protein in a cell or where labelling is impossible.
In the infrared spectral range, accessible to our laser systems, substances can be identified according to their specific absorption in the
so-called ”fingerprint” region (1500-4000 cm−1 ). Our method opens the
possibility to investigate the chemical behaviour and the dynamics of
small biomolecules in living cells to learn more about cell development
over extended periods of time.
Only a few infrared microscopy experiments have been performed so
far due to the strong water absorption in the infrared region and because
of the need for a strong infrared synchrotron light source. Contrary, our
unique optoparametric oscillator will allow us to routinely measure living
cells and to improve spatial and time resolution.
Desorption und Ionisation in Cluster-Oberflächen-Stößen: Von
Atomen zu Biomolekülen — •C. R. Gebhardt, A. Tomsic, H.
Schröder und K.-L. Kompa — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Der Aufprall eines durch adiabatische Expansion erzeugten Molekülclusters mit einer Stoßoberfläche dauert nur wenige Pikosekunden.
Während dieser kurzen Zeit können auf dem Target vorhandene Oberflächenadsorbate desorbiert und in den Cluster aufgenommen werden. Bei
geeigneter Wahl von Clustermaterial und Oberflächenadsorbat wird hierdurch eine Intracluster-Ladungstransfer-Reaktion initiiert, deren geladene Reaktionsprodukte durch die stoßinduzierte Cluster-Fragmentation
freigesetzt werden. Sowohl Elektronen- als auch ProtonentransferReaktionen können beobachtet werden. Insbesondere eignet sich das Verfahren auch zur sanften Desorption und Ionisation biologischer Moleküle,
etwa von Peptiden und Proteinen.
THz-Absorptionsspektren von Ubiquitin in wässriger Umgebung — •U. Heugen1 , E. Bründermann1 , R. Schiwon1 , G.
Schwaab1 , E. Larios2 , M. Gruebele2 und M. Havenith1 —
1
Lehrstuhl für Physikalisch Chemie 2, Ruhr-Universität Bochum —
2
A214 Chemical and Life Sciences Lab, University of Illinois, USA
Wir haben ein THz-Spektrometer in Bochum aufgebaut mit dem wir
zum ersten Mal die Möglichkeit haben Absorptionsspektren im Bereich
von 1 bis 4 THz von in Wasser gelösten Proteinen aufzunehmen. Als
Strahlungsquelle kommt der p-Germanium Laser zum Einsatz, der im
Bereich von 70 bis 90 Wellenzahlen eine Leistung von bis zu mehreren
Watt abstrahlt. Dies ermöglicht mehrere 100 µm dicke Schichten von
Wasser zu durchdringen. Damit haben wir die Möglichkeit, Biomoleküle
in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen.
Wir untersuchen das Protein Ubiquitin und seine Mutanten F45W
und F45W/I61A in einem wässrigen Natrium-Phosphat Puffer-System.
Die Mutante F45W/I61A besitzt eine deutlich von dem Wildtyp und der
Mutante F45W unterschiedliche Struktur. Ubiquitin dient als Modellbeispiel, um die starke Empfindlichkeit von Ferninfrarotstrahlung auf die
räumliche Struktur von Biomolekülen zu zeigen.
Isotopenselektiver Nachweis von Stickstoffmonoxid in der
Atemluft — •Jörg Lauenstein1 , Christof Maul1 , Karl-Heinz
Gericke1 und Oleg S. Vasyutinskii2 — 1 Institut für Physikalische
und Theoretische Chemie, TU Braunschweig — 2 Ioffe Institute, St.
Petersburg, Russia
Stickstoffmonoxid ist für den menschlichen Organismus in zahlreichen
Belangen lebensnotwendig. Daher ist es wichtig, vom Körper generiertes NO präzise nachzuweisen. Eine Möglichkeit des nichtinvasiven Nachweises ist die Detektion von NO in der Atemluft. Wir nutzen dazu das
Prinzip der laserinduzierten Fluoreszenz. Unser Instrumentarium ist in
der Lage, NO-Konzentrationen unter 1 ppt selektiv nachzuweisen. Der
natürliche NO-Gehalt der Atemluft liegt bei ca. 10 ppb. Durch die isotopenselektive Auflösung ist es möglich, Tracerexperimente mit Probanden durchzuführen. Vereinfacht wird dieses Vorhaben durch die Tatsache,
dass es nur einen Precursor von NO gibt. Nach Einnahme eines isotopenmarkierten Precursors und der Aufnahme der NO-Konzentration in der
Atemluft können so Rückschlüsse auf die Umwandlungsprozesse gezogen
werden. Die Methode ist weiterhin geeignet, um den NO-Ausstoß von
Pflanzen zu untersuchen.
Shaped Laserpulses in der THz-Spektroskopie — •Matthias
Hoffmann1 , Bernd Fischer1,2 , Peter Jepsen1 und Hanspeter
Helm1,2 — 1 Fakultät für Physik und Mathematik, Albert-LudwigsUniversität Freiburg — 2 Freiburger Materialforschungszentrum, FMF
Spektroskopie im THz-Bereich bietet die Möglichkeit zur Untersuchung
von Molekülen im Wellenlängenbereich zwischen 50 und 150 cm−1. In diesem Bereich treten charakteristische niederfrequente Schwingungen des
Molekülgerüsts sowie des gesamten Kristallgitters auf. Zur spektroskopischen Untersuchung verwendet man Ferninfrarot-Pulse, die durch Beschuß von Halbleitersubstraten durch Femtosekunden-Laserpulse erzeugt
werden. Durch pulse shaping ist es möglich die Form der Laserpulse und
damit auch die Eigenschaften der THz-Pulse zu verändern. Wir untersuchen die Eignung der so erzeugten Pulse bei der THz-Spektroskopie
sowie Möglichkeiten des Einsatzes von Pulse-Shaping beim Aufbau eines
miniaturisierten Spektrometers zur Detektion kleiner Probenmengen.
Near infrared microspectroscopy of biomolecules — •Andreas
Bergner, Erik Bründermann, Ilona Kopf, Robert Schiwon,
and Martina Havenith-Newen — Physikalische Chemie II; RuhrUniversität Bochum; 44780 Bochum
Most biomaterials have significant absorption lines in the infrared region, the so-called fingerprint region, hence it is very interesting to combine the advantages of normal microscopy and infrared laser spectroscopy.
So far, microscopy of living materials often requires the use of toxic fluorescent dyes. Using our technique it is possible to obtain a chemical
landscape of the cells without damage and in a natural environment. In
first measurements we use an infrared diode laser (λ = 1, 53 − 1, 57µm)
to measure the water absorption in rat hepatocytes. With changing osmolarity of the medium we can see a swelling or shrinking of the cells.
Ferninfrarotspektroskopische Untersuchungen niederfrequenter
Molekül- und Gitterschwingungen biologisch relevanter Moleküle — •Bernd Fischer1,2 , M. Hoffmann1 , P. Uhd Jepsen1
und H. Helm1,2 — 1 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Physikalisches
Institut, Herrmann-Herder-Str. 3, 79104 Freiburg — 2Freiburger Materialforschungszentrum FMF, 79104 Freiburg
Im fernen Infrarot (FIR)-Spektralbereich zwischen ca. 5 cm−1 und
150 cm−1 zeigen viele biologisch relevante Moleküle spezifische Absorptionsspektren. Wie wir in den letzten Jahren zeigen konnten, werden
diese Spektren von langsamen intramolekularen Schwingungen großer
Moleküle bzw. intermolekularen Schwingungen der durch Wasserstoffbrücken gebundenen kristallinen Systeme dominiert [1] . Lag in den ersten
Jahren unserer Forschung der Schwerpunkt auf der Entwicklung neuer FIR-Techniken mit subpikosekunden Laserpulsen, so treten inzwischen die Anwendungen dieser neuen Methodik in den Vordergrund.
Gestützt auf erste vielversprechende Voruntersuchungen[2] untersuchen
wir im Rahmen eines vom BMBF geförderten Projektes im Forschungsverband Biophotonik die Möglichkeit einer Einbindung dieser Technologie in eine markerfreie Hybridisierungsdetektion von DNS. Weiterhin
haben wir eine sehr große Sensitivität der FIR-Spektren auf kleine Unterschiede der molekularen Struktur pharmazeutischer Stoffe festgestellt.
Das eröffnet dieser Methode ein großes Potential für medizinische und
pharmazeutische Anwendungen.
Infrared microscopy of living cells using a cw optoparametric oscillator — •Götz Wollny, Andreas Bergner, Erik
Bründerman, Andreas Hecker, Robert Schiwon, and Martina
Havenith — Lehrstuhl für Physikalische Chemie II Ruhr-Universität
Bochum Universitätsstrasse 150, 44780 Bochum.
We have developed a new method to image microscopic structures in
living cells using our unique high power cw optoparametric oscillator (up
to 2W). We present the first infrared pictures of hepatocytes (liver cells)
using a frequency of 2920 cm−1 coinciding with the absorption band of
lipids. Infrared microscopy will allow studies of living cells in cases where
fluorescence markers are cell-damaging, alter the natural function of a
67
[1] M. Walther et al., Chem. Phys. 288 261 (2003)
[2] B. Fischer et al., Phys. Med. Biol. 47 3807 (2002)
MO 18 Stossprozesse, Energietransfer
Raum: HS 355
MO 18.1 Do 16:30 HS 355
Donor-Akzeptor-Aggregation untersucht in ns-transienter
Spektroskopie — •Melanie Mucke, Christian Spitz, David von
Seggern und Ralf Menzel — Universität Potsdam, Institut für
Physik, Lehrstuhl Photonik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam
Pump-&-Probe-Spektroskopie mit Verzögerungszeiten im ns-Bereich
erlaubt es, Übergangsraten in Donor-Akzeptor-Systemen quantitativ
zu bestimmen. Dazu wurde die Fluoreszenz von Pyren mit einer
Cetylpyridiniumchlorid(CPC)-Lösung in systematischer Konzentrationsvariation gelöscht. Die konzentrationsabhängigen Raten folgen nicht dem
Mott-Schottky-Gesetz. Vielmehr weist das biexponentielle Abklingen
der angeregten Zustände des Pyrens mit konstanten Relaxationszeiten
auf eine statische Aggregation zwischen Donor- und Akzeptormolekül
hin. Diese Interpretation deckt sich mit den Meßergebnissen zu den
zeitabhängigen Besetzungen der ionischen Pyrenzustände.
plained either by surface processes or by complex reaction schemes
including radiative association followed by ion-electron recombination.
A low temperature radio-frequency 22-pole ion trap has been used
to study association of CH+
3 + CO at low number of densities
and temperatures from 80 K to 280 K. In pure CO gas the temperature dependence of the ternary rate coefficient has been determined as k3 (T) = 1.8 × 10−25 cm6 s−1 (T / 300 K)−2.2. If helium is
used for stabilizing the collision complexes a rate coefficient k3 (T) =
1.7 × 10−25 cm6 s−1 (T / 300 K)−1.5 has been obtained. At CO number densities below 1011 cm−3 radiative stabilization becomes dominant. The radiative rate coefficient has been determined at 80 K, kr =
6.9 × 10−13 cm3 s−1 . In order to study this reaction under conditions prevailing in dense interstellar clouds a loaded supersonic molecular beam
has to be utilized and the trapped CH+
3 ions have to be cooled not only
in He but also in p-H2.
MO 18.2 Do 16:45 HS 355
FRET-based Scanning Near-Field Optical Microscopy — •Felix
Müller, Stephan Götzinger, and Oliver Benson — Nano-Optik,
Institut für Physik, Humboldt-Universität zu Berlin, D-10117 Berlin
We investigate Förster Resonant Energy Transfer (FRET) by means
of Scanning Near-Field Optical Microscopy (SNOM). Our setup allows
to actively control the distance between the acceptor and donor and thus
to investigate the strong distance dependence of the energy transfer efficiency. As donor and acceptor we use CdTe nanocrystals1 and organic
dye molecules (Alexa Fluor 633). The spectral parameters of the donoracceptor pair are shown to be appropriate for FRET.
We produce an active SNOM probe by attaching a single 500 nm sized
colloid covered with a layer of nanocrystals. This donor probe can be
positioned at will above a cover slip coated with a thin layer of the acceptor molecules. Within a tip-sample distance of a few nanometers, a
sudden increase in the acceptor’s optical signal is observed. This effect
gives strong evidence for FRET.
Accordingly, we propose a novel FRET-SNOM geometry. We discuss
the improved reliability, stability and resolution of this system.
MO 18.5 Do 17:30 HS 355
Dissoziative Rekombination von 3 He4 He+ — •H. Buhr1 , H.
B. Pedersen1 , L. Lammich1 , H. Kreckel1 , S. Altevogt1 , V.
Andrianarijaona1 , D. Strasser2 , E. M. Staicu-Casagrande3 ,
N. De Ruette3 , D. Schwalm1, X. Urbain3 , A. Wolf1 und
D. Zajfman1,2 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik, D-69117
Heidelberg — 2 Weizmann Institute of Science, Rehovot, 76100, Israel —
3
Département de Physique, Université Catholique de Louvain, B1348,
Louvain-la-Neuve, Belgien
Die Dissoziative Rekombination von 3 He4 He+ wurde am Schwerionen
Testspeicherring (TSR) in Heidelberg im Bereich von 0-45 eV Relativenergie untersucht. Bei einer Relativenergie von 0 eV wurde eine Rate für die dissoziative Rekombination des Vibrationsgrundzustandes von
αv=0 (0eV ) ≤ 2.0 · 10−9 cm3 /s gefunden. Der Prozess führt dann vor allem
zu den atomaren Endzuständen 1s2p3 P (∼ 62%), 1s2s1 S (∼ 35%) und
1s2s3 S (∼ 3%). Für v ≥ 3 wurde eine Rate für die dissoziative Rekombination ≥ 1 · 10−7 cm3 /s gefunden. In diesen Fällen werden vor allem
atomare Endzustände mit n ≥ 3 erreicht.
Für niedrige Relativenergien zeigt der Wirkungsquerschnitt für die dissoziative Rekombination eine Struktur bei 0.2 eV. Bei höheren Energien
findet man einen glatten Peak bei etwa 7.3 eV und einen Bereich zwischen
15 und 45 eV, der reich an Strukturen ist.
[1] provided by N. Gaponik, H. Weller, Univ. Hamburg
MO 18.3 Do 17:00 HS 355
The dependence of the differential cross section for
Li+HF→LiF+H on the rotational state of HF — •Rolf
Bobbenkamp1 , Alessandra Paladini2 , Andrea Russo2 , and
Hansjürgen Loesch2 — 1 Dipartimento di Chimica , Universita’ di
Perugia , 06123 - PERUGIA , Italy — 2 Fakultä für Physik, Universitẗ
Bielefeld, Universitätsstrasse 25, D-33615 Bielefeld
Quantum and quasi classical studies have shown that the j-specific differential cross section of the title process depends strongly on the rotational state (j) of HF with respect to both shape and magnitude. Based
on these results we simulated the experimentally accessible j-averaged
cross sections for various j-distributions of the HF molecule and found
significant effects. In a crossed molecular beam experiment we have now
examined these predictions.
We measured angular distributions of the reaction product LiF of the
title reaction at several collision energies ranging from 130 to 350 meV
for various rotational temperatures of the HF nozzle beam. We observe
both a significant increase of the product intensity with the temperature
and a change of the shape. Calculations are being performed to allow
a quantitative comparison of the experimental results with theoretical
predictions based on various recent ab-initio potential energy surfaces.
MO 18.6 Do 17:45 HS 355
Chemical probing spectroscopy of H+
3 in a 22-pole ion trap —
•J. Mikosch1,2 , H. Kreckel1 , R. Wester2 , J. Glosı́k3 , R. Plašil3 ,
D. Gerlich4 , D. Schwalm1, and A. Wolf1 — 1 Max-Planck-Institut
für Kernphysik, 69117 Heidelberg — 2 Physikalisches Institut, Universität
Freiburg, 79104 Freiburg — 3 Charles University Prague, Czech Republic
— 4 Institut für Physik, TU Chemnitz, 09107 Chemnitz
The triatomic hydrogen molecular ion H+
3 is the dominant ion in hydrogen plasmas at moderate temperatures. Consequently it plays important roles in many fields from interstallar chemistry and planetary
atmospheres to cooling processes in fusion plasmas and model calculations for polyatomic molecular ions. The recombination rate of H+
3 with
electrons is one of the crucial parameters for the modelling of interstellar
clouds and it is still a controversial issue.
In the last years a cryogenic 22-pole trap project was launched at the
MPI für Kernphysik, to create a temperature-variable source of H+
3 for
electron recombination experiments at the TSR storage ring. Here we
report a new method for H+
3 spectroscopy that operates at low number
+
densities and relies on the reaction H+
3 +Ar−→ArH +H2 which is endoergic by 0.57 eV and thus proceeds only for H+
3 states with v ≥ 2. In the
experiment about 500 H+
3 molecules are stored in the ion trap together
with Ar buffer gas; a tunable diode laser excites H+
3 from its lowest rotational states to v = 3 from where immediately ArH+ is formed, which
is detected by a mass spectrometer ion detector. Relative line strengths
and Doppler widths are used as a thermometer of the ion temperature
in the 22-pole trap.
MO 18.4 Do 17:15 HS 355
Experimental Investigations of Radiative and Ternary Association for CH+
3 + CO: Interstellar Implications. — •Alfonz
Luca1 , Gheorghe Borodi1 , Radek Plašil2 , and Dieter Gerlich1
— 1 Fakultät für Naturwissenschaften, Technische Universität Chemnitz,
09126 Chemnitz — 2 Department of Electronics and Vacuum Physics,
Mathematics and Physics Faculty, Charles University, 180 00 Prague
Formation of certain molecules in interstellar clouds must be ex68
MO 18.7 Do 18:00 HS 355
Temperature and Isotope Dependence of the O + O2 Exchange
Reaction — •Christof Janssen and Dieter Krankowsky — MaxPlanck-Institut für Kernphysik, Postfach 103980, 69029 Heidelberg
Oxygen isotope effects in the formation of ozone are unconventional
and very large. Presently a complete and undisputed understanding of
these isotope effects is not available, but differences in zero point energy
(ZPE) are suggested to play a pivotal role. Isotope exchange reactions,
such as the exothermic 18 O + 16O2 → 16 O + 16O18 O (1) and the endothermic 16 O + 18 O2 → 18 O + 16O18 O (2) reactions, are closely linked to the
dynamics of ozone formation. The study of isotope and/or ZPE effects in
these reactions may help to understand the kinetics of O + O2 collisions.
Previous studies, however, have neglected differences between iso-
topic variants. We have studied the temperature dependence of reactions (1) and (2) between 233 and 353 K. Both exchange rates show
a strong positive temperature dependence and agree well with previous measurements: k1 = (3.4 ± 0.6) × 10−12 (300K/T )1.1±0.5 cm3 s−1 ,
k2 = (2.7 ± 0.4) × 10−12 (300K/T )0.9±0.5 cm3 s−1 . The ratio of these rates
k1 /k2 = (1.27 ± 0.4) exp[(50 ± 40)(K/T − 1/300)] demonstrates that
the exothermic reaction not only is strongly favoured at room temperature, but also that with decreasing temperature its rate coefficient advantage increases. This observation is in agreement with the interpretation that ZPE effects play a crucial role in the isotope selective association/dissociation dynamics of excited ozone. The observed negative
activation energy of 50 ± 40 K roughly corresponds to the difference of
reaction enthalpies of reactions (1) and (2), which is 65 K.
MO 19 Cluster II
Zeit: Freitag 11:00–13:00
Raum: HS 332
MO 19.1 Fr 11:00 HS 332
An Experimental Search for Ferromagnetic Supercooled o-H2
Clusters — •Oleg Kornilov1,2 , Anton Kalinin1,3 , and J. Peter
Toennies1 — 1Max-Planck-Institut für Strömungsforschung, Bunsenstr.
10, D-37073 Göttingen, Germany — 2 Department of Physics, St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia — 3 Institute of Energy
Problems of Chemical Physics, Russian Academy of Sciences, Moscow,
Russia
To achieve a macroscopically coherent superfluid state in supercooled
hydrogen temperatures below 6.6 K have been predicted [1]. To avoid
solidification below the triple point at 13.7 K hydrogen clusters formed
in a free jet supersonic expansion provide ”ideal” conditions owing to the
lack of container walls and impurities, which could nucleate the solid. We
are searching for the superfluidity of ortho-H2 clusters based on their predicted ferromagnetic behavior [2]. A Rabi-type inhomogeneous magnetic
field will be used to study spin states of moderate-size clusters formed in
a cryogenic expansion of normal hydrogen. By seeding with helium the
magnetic deflection will be increased and at the same time the hydrogen
clusters will be cooled to about 0.37 K by evaporating of helium atoms
from their surface.
[1] V.L. Ginzburg and A.A. Sobyanin, JETP Lett. 15, 242 (1972)
[2] G.M. Seidel, J. Hu, and H.J. Maris, Phys. Rev. Lett. 53, 1164 (1984)
und die Polarisation in den Clustern diskutiert. Dieses Konzept ist in
Übereinstimmung mit früheren Arbeiten an Clustern zweiatomiger Moleküle.
MO 19.2 Fr 11:15 HS 332
IR Spektren von (protonierten) Naphthol Clustern — •Nicola
Solca, Horia-Sorin Andrei und Otto Dopfer — Physikalische
Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg
Mittels Photodissoziation wurden in einem Tandem-Massenspektrometer
IR Spektren von Na+ -Ln und NaH+ -Ln Clustern im Bereich der OH
Streckschwingungen gemessen (Na=1-Naphthol). Die Analyse der Frequenzverschiebungen und Fragmentationskanäle als Funktion von L und
n erlauben direkte Rückschlüsse auf den Mikrosolvatationsprozess: Struktur und Stabilität der einzelnen Cluster Isomere, bevorzugte Stelle der
Protonierung, Azidität der OH Gruppen, etc. Der Vergleich mit entsprechenden Phenolclustern liefert den Einfluss des zweiten aromatischen
Rings auf die Eigenschaften der OH Gruppe, das Protonierungsverhalten
und die Wechselwirkungen mit inerten Liganden.
MO 19.3 Fr 11:30 HS 332
Hochaufgelöste Rumpfniveauspektroskopie von Clustern organischer Moleküle — •Roman Flesch1 , Ioana Bradeanu1 , Andreas Wirsing1 , Andrey Pavlychev2 und Eckart Rühl1 — 1 Institut
für Physikalische Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074
Würzburg — 2 Institute of Physics, St. Petersburg State University, Russische Föderation
Homogene Benzol- ((C6H6 )n ) und Pyridin ((C5H5 N)n)-Cluster wurden am Undulator-Strahlrohr UE-52-SGM des Speicherringes BESSY im
Bereich der Rumpfniveauanregung ((C6H6 )n : C 1s → π ∗ ; (C5 H5N)n
N 1s → π ∗ ) untersucht.
Die für die isolierten Moleküle beobachtete Schwingungsstruktur bleibt
auch in Clustern erhalten. Für Benzol-Cluster wird eine Rotverschiebung
um –50 ± 2.5 meV relativ zum isolierten Molekül gefunden, während für
Pyridin-Cluster eine Blauverschiebung um +60±5 meV gemessen wird.
Zur Erklärung der Verschiebungen der 1s → π ∗-Übergänge in Clustern
wird die dynamische Stabilisierung durch Lokalisation des Rumpfloches
69
MO 19.4 Fr 11:45 HS 332
Struktur mikrosolvatisierter Aminosäuren und Peptide — •M.
Gerhards, H. Fricke, A. Gerlach und C. Unterberg — H.Heine Universität Düsseldorf, Institut für Physikalische Chemie I, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf
Um den Einfluss des Wassers auf Sekundärstrukturen von Peptiden
zu verstehen, werden auf molekularer Ebene zunächst zwei Fragen untersucht: (a) Wie ist die Struktur der isolierten, unsolvatisierten Spezies
und (b) Wie ist der Einfluss der ersten angelagerten Wassermoleküle (Mikrosolvatation). In unseren Untersuchungen werden an den Endgruppen
geschützte Aminosäuren (Phe, Trp, Tyr), sowie ein Di- und Tripeptid
bzw. spezielle Peptiddimere (β-Faltblattmodelle) verwendet. Gekoppelt
mit der Massenspektrometrie gelingt es in Molekularstrahlexperimenten,
isolierte Peptide und deren Aggregate mit Wasser massen-, isomerenund schwingungsselektiv zu untersuchen. Die Schwingungsspektren werden durch eine Kombination der IR-Spektroskopie mit der resonanten
2-Photonen Ionisation erhalten. Durch Entwicklung eines neuen Nanosekunden IR-Lasers können wir, neben den NH und OH Streckschwingungen erstmals auch C=O Streck-, sowie OH und NH Biegeschwingungen
mit dieser Spektroskopie analysieren. Es gelingt daher alle struktursensitiven Moden der betrachteten Spezies zu untersuchen Die Strukturen
werden aus den IR-Frequenzen abgeleitet und für die einzelnen Peptide
und deren Aggregate mit Wasser erläutert.
MO 19.5 Fr 12:00 HS 332
Elektronische Spektroskopie von 1-Naphthol/Solvent Clustern
1-NpOH/Sn mit S=H2 O, N2 und Ar — •Matthias Zierhut,
Wolfgang Roth und Ingo Fischer — Institut für Physikalische Chemie, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Deutschland
Die Untersuchung des trans-1-Naphthol/H2 O-Clusters erfolgte mittels
[1+1] REMPI-,[1+1’] ZEKE- und SHB-Spektroskopie. Anhand der SHBSpektren konnten einige intermolekulare Schwingungen erstmalig eindeutig identifiziert werden.
Das ZEKE-Spektrum zeigte eine Schwingungsprogression der intermolekularen Streckschwingung mit der harmonischen Frequenz von 190,5
cm−1 . Die Ionisierungsenergie konnte zu 59133 cm−1 bestimmt werden.
Die SHB-Messung an 1-Naphthol-Clustern mit Ar und N2 zeigten, dass
in den REMPI-Spektren dieser Cluster jeweils nur ein Isomer vorlag.
Mehrere intermolekulare Schwingungsbanden konnten beobachtet und
zugeordnet werden.
Die Rotverschiebungen der S1 ← S0 -Übergänge der verschiedenen
Cluster wurden ermittelt und zeigten überraschende Unterschiede zu
Messungen an Phenol- bzw. 2-Naphthol-Clustern.
MO 19.6 Fr 12:15 HS 332
HIGH RESOLUTION STUDY OF DELOCALIZED ELECTRON CLOUDS BY PHOTOIONIZATION OF C60 IN
SMALL ENERGY STEPS — •Sanja Korica1 , Axel
Reinköster1 , Burkhard Langer2 , Daniel Rolles1 , Slobodan Cvejanović1 , Jens Viefhaus1 , and Uwe Becker1 —
1
Fritz-Haber-Institut der MPG, Faradayweg 4-6, D-14195 Berlin,
Germany — 2 Max-Born-Institut, Max-Born-Str. 2a, D-14489 Berlin,
Germany
Recent measurements of the non-resonant valence photoemission of
C60 in the oscillatory regime have shown that advanced theoretical calculations are capable to describe the measured cross-section behavior in
great detail [1]. We have made measurements with high photon energy
resolution and small energy steps in order to reveal the predicted resonance structures experimentally. The characteristic oscillations in the
partial photoionization cross sections of C60 are analysed in terms of geometrical properties of both, the cage structure and the distribution of the
delocalized electron cloud of the highest occupied molecular orbitals. The
analysis is based on the Fourier transform of the cross section oscillations,
the results are corroborated by different theoretical models. In contrast
to this good overall agreement between theory and experiment there is
striking disagreement with respect to discrete resonance structure in the
partial cross sections predicted by the theoretical calculations. Possible
reasons for this behavior are discussed.
[1] A. Rüdel, R. Hentges, U. Becker, H.S. Chakraborty, M.E. Madjet, and
J.M. Rost, Phys. Rev. Lett. 89 (2002), 125503 and references therein
of a complex system. One characteristic of great interest is the energy
redistribution after the initial fs-laser pulse excitation. The mechanisms
and time scales for energy redistribution are of considerable interest for
understanding and controlling their dynamical behavior. Fragmentation
can provide an indirect measure of the transfer of energy from the electronic to the vibrational degrees of freedom. Pump-probe measurements
have been made to monitor the fragmentation of C60 on the femtosecond
and picosecond time scale. This presentation will cover recent results
from pump-probe measurements, as well as discuss the applications of
pulse shaping to control the dynamics.
MO 19.8 Fr 12:45 HS 332
Photoionisation als Struktursonde von delokalisierten Elektronen in Fullerenen — •B. Langer — Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2A, D-12489
Berlin
Die Örtliche Verteilung von delokalisierten Elektronen ist im
allgemeinen einer experimentellen Bestimmung nur schwer zugänglich.
Erst in jüngster Zeit hat sich gezeigt, daß für eine bestimmte Klasse
von Clustern, aber insbesondere für Fullerne, eine derartige Analyse
möglich ist. Die spezifische Potentialstruktur dieser Fullerene gibt Anlaß
zu charakteristischen Oszillationen in den partiellen Photoionisations–
Wirkungsquerschnitten der äußeren Valenzschalen, die Informationen
über die Verteilung der delokalisierten Elektronen im reziproken
Fourier–Raum enthalten. Dies wurde kürzlich für C60 [1] gezeigt. Eine
analoge Untersuchung an C70 wurde mit dem Ziel durchgeführt, zu
prüfen, inwieweit diese Methode auf dieses nicht vollkommen sphärische
Molekül übertragbar ist. Die Messungen zeigen, daß die Methode in
der Tat auf eine weitere Gruppe von Fullerenen anwendbar ist, wobei
gerade die spezifischen Unterschiede zwischen C60 und C70 in den
charakteristischen Oszillationen zutage treten.
[1] A. Rüdel, R. Hentges, U. Becker, H. S. Chakraborty, M. E. Madjet,
and J. M. Rost, Phys. Rev. Lett., 89, 125503 (2002) and references therein.
MO 19.7 Fr 12:30 HS 332
Fragmentation Dynamics of C60
— •Mark Boyle1 , Ihar
Shchatsinin1 , Tim Laarmann1 , C.P. Schulz1 , and I.V. Hertel1,2
— 1 Max Born Institut, Max-Born-Str. 2A, 12489 Berlin — 2 Freie
Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
The C60 cluster is an interesting model system for studying lasermatter interaction. The high degree of symmetry facilitates the studies
MO 20 Schwingung und Rotation
Raum: HS 355
MO 20.1 Fr 11:00 HS 355
Gas Phase Investigation of Strong Hydrogen Bonds by
Infrared Spectroscopy — •Eva Cristina Kaposta1 , Nicholas
L. Pivonka2 , Mathias Bruemmer1 , Gabriele Santambrogio1 ,
Carlos Cibrian Uhalte1 , Matt
Nee2 , Andreas Osterwalde2 , Gert von Helden3 , Gerard Meijer3 , Daniel M.
Neumark2 , Ludger Woeste1, and Knut R. Asmis3 — 1 Institut
fuer Experimentalphysik, Freie Universitaet Berlin, Arnimallee 14,
D-14195 Berlin, Germany — 2 Department of Chemistry, University of
California, Berkley, California 94720 USA — 3 Fritz-Haber-Institut der
Max-Planck-Gesellschaft, Abteilung Molekuelphysik, Faradayweg 4-6,
D-14195 Berlin, Germany
Hydrogen bonds govern physical and chemical phenomena ranging
from the solvent properties of water to the structure of proteins and
nucleic acids. Strong hydrogen bonds are characterized by low exchange
barriers and often the central proton or hydrogen atom is shared equally
by the two heteroatoms. In the present work we characterize the infrared (IR) spectroscopy of strong hydrogen bonds in the gas phase.
IR-photodissociation spectra were measured for (BrHBr)− , (BrDBr)− ,
(BrHI)− and (BrDI)− , model compounds, which function as precursors
for transition state spectroscopy experiments, as well as of the protonated
water dimer H5 O2+ . The spectra were measured in the region from 625
to 1700 wave numbers by combining a tandem mass spectrometer with
the output of the tunable, intense free electron laser FELIX.
the light-harvesting 2 complex (LH2) from Rhodospirillum molischianum
consists of 24 BChl a molecules arranged in C8 symmetry in two concentric rings containing eight and sixteen pigments, respectively. The
electronically excited states of the eight-ring (B800) are mainly localised
on individual BChl a molecules due to the weak coupling between the
chromophores. A sensitive tool to monitor structural fluctuations of the
protein backbone in the local environment of the chromophore is provided by recording the changes of the spectral positions of the pigment
absorptions as a function of time. The data provide information about
the organisation of the energy landscape of the protein in distinct tiers
that can be characterised by an average barrier height. In addition, a
clear correlation for the transition rates between those states and the
energy separation of the levels is uncovered.
[1] Clemens Hofmann, Thijs J. Aartsma, Hartmut Michel,
Jürgen Köhler, PNAS 100 15534-15538 (2003).
[2] Clemens Hofmann, Thijs J. Aartsma, Hartmut Michel,
Jürgen Köhler New J. Phys. (in press).
MO 20.3 Fr 11:30 HS 355
Free Rotation of Paraterpenyl in PMMA Nanocavities —
•Christian Spitz, David von Seggern, and Ralf Menzel —
Universität Potsdam, Institut für Physik, Am Neuen Palais 10, 14469
Potsdam
By the use of transient grating diffraction measurements the population dynamics as well as the polarization dynamics in thin films can be
investigated on a ps timescale. In this technique a pair of pump beams
modulates the sample absorption with its interference pattern. Subsequently, a probe beam is diffracted on the population grating as well as
on the polarization grating.
In this paper the excited state behaviour of p-terphenyl in cyclohexane solution and in a rigid poly(methyl methacrylate) (PMMA) film is
reported. In both cases the signal shows a biexponential decay with a
slower component corresponding to the excited state lifetime. The faster
time constant is predicted for rotational reorientation in the case of liquid solution. Unexpectedly in the rigid film this reorientation becomes
MO 20.2 Fr 11:15 HS 355
Direct observation of Tiers in the Energy Landscape of a Chromoprotein: a Single-Molecule study — •Clemens Hofmann1 ,
Martin Richter1 , Thijs J. Aartsma2 , Hartmut Michel3 , and
Jürgen Köhler1 — 1Experimental Physics IV, University of Bayreuth
— 2 Department of Biophysics, Leiden University — 3 Department of
Molecular Membrane Biology, MPI of Biophysics, Frankfurt
Pigment-protein complexes play an important role in light-harvesting
of bacterial photosynthesis. From x-ray crystallography it is known that
70
even faster which is discussed in terms of a free volume effect. This would
predict the existence of nanocavities in PMMA of much bigger size than
observed so far.
Time-resolved degenerate four wave mixing (DFWM) and pump +
DFWM with a temporal resolution of 16 fs is used to excite and probe the modes of the electronic ground state 11 A−
g , (S0 ), and the lowest
lying dipole forbidden excited electronic state 21 A−
g , (S1 ), of all-transβ-Carotene. In a first step, we performed resonant (center wavelength
490-507nm) and non resonant (560nm) DFWM spectroscopy to characterize the temporal dynamics of the S0 modes. The signal shows long
time dynamics together with pronounced oscillations. The decay with a
time constant of 6-8 ps corresponds to the well-known relaxation of S1 S0 , while the oscillations are attributed to the high-frequency vibrational
modes of the S0 state (1000 - 1500 cm−1 ).
When an additional pump pulse (485 nm) is introduced, population
in the excited S1 state is generated by energy relaxation and its vibrational dynamics can be probed by the time-resolved DFWM (560
nm) probe. Fast oscillations are observed which correspond exclusively
to high-frequency vibrations of the S1 state.
MO 20.4 Fr 11:45 HS 355
Hochaufgelöste Laserspektroskopie an Terrylen im Jet —
•Gerald Hoheisel, Elke Heinecke und Achim Hese — Technische Universität Berlin, Institut für Atomare Physik und Fachdidaktik,
Hardenbergstr. 36, 10623 Berlin
In diesem Beitrag werden hochaufgelöste laserinduzierte FluoreszenzMessungen an Terrylen vorgestellt. In einem Edelgas-Überschall-Strahl
sind der vibrationslose S1 ← S0 Übergang von Terrylen und sehr niedrig liegende vibronische Übergänge untersucht worden. Erstmalig konnte
Terrylen, das vor allem in der Einzelmolekül-Spektroskopie ausführlich
studiert wurde, in einem kalten und isolierten Zustand ohne den Einfluss
einer Matrix untersucht werden. Unterstützt von ab-initio Rechnungen
sind aus einer Bandkontouranalyse der nicht aufgelösten rovibronischen
Spektren Rotationskonstanten und Bandenursprünge ermittelt worden.
MO 20.7 Fr 12:30 HS 355
IR-Spektroskopie zur Analyse von Protonentransferkoordinaten im elektronisch angeregten und ionischen Zustand — •M.
Gerhards, A. Gerlach, H. Fricke und A. Jansen — H.-Heine
Universität Düsseldorf, Institut für Physikalische Chemie I, Universitätsstraße 1, 40225 Düsseldorf
o-Hydroxycarbonsäuren sind bedeutende Modellsubstanzen, um
Protonen- bzw. H-Transferreaktionen im elektronisch angeregten sowie
auch im ionischen Zustand zu analysieren. Es werden hier Untersuchungen in Molekularstrahlexperimenten an 2,5-Dihydroxybenzoesäure
(DHB) – die als Matrixsubstanz für MALDI Messungen eingesetzt wird
– und seinem Cluster mit Wasser vorgestellt. Detaillierte Informationen über die Geometrieänderungen der Transfer-“ (Tautomerisierungs”
) Koordinate C=O· · ·H-O können über die charakteristischen OH
bzw. C=O Streckschwingungsfrequenzen erhalten werden. Wir haben
nun verschiedene massen- und isomerenselektive IR/UV Doppel- bzw.
Tripelresonanz-Techniken (3 resonante Anregungen, zwei UV, eine IR)
zur Analyse der OH und (mit einem neu entwickelten Laser) auch der
C=O Schwingungen auf den S1 und den ionischen Grundzustand angewendet. Im Fall des DHB und des DHB(H2O)1 werden verschiedene
Isomere erhalten, wobei die Veränderung der Tautomerisierungskoordinate sowie der Einfluss des Wassers direkt über die IR-Frequenzen des
S0 , S1 und Ionenzustands ermittelt werden.
MO 20.5 Fr 12:00 HS 355
Hochauflösende Spektroskopie und Analyse der Schwingungsikosade von Methan bei 1.3-1.5 µm — •M. Hippler1 , M. Quack1 ,
M. Rey1 , V. Boudon2 und M. Loëte2 — 1 Physikalische Chemie, ETH
Zürich, CH-8093 Zürich — 2 Laboratoire de Physique de l’Université de
Bourgogne, F-21078 Dijon
Eine detaillierte Analyse der Obertonspektren von Methan ist wichtig,
denn sie enthalten relevante Informationen über intramolekulare Schwingungsenergieumverteilung und über die Wechselwirkung von Schwingungsmoden und Rotation. Sie ist auch für analytische Anwendungen
wichtig und um die komplexe Tensortheorie effektiver Hamiltonoperatoren zu überprüfen, sowie um präzise Grundlagen für 9-dimensionale
Potentialhyperflächen [1] zu liefern.
Vor kurzem haben wir eine Variante der Cavity Ring-Down Spektroskopie entwickelt [2,3], die wir auf die ν2 + 2ν3 Bande von Methan bei
7510 cm−1 anwenden [4]. Diese Bande ist Teil der Schwingungsikosade
(20 wechselwirkende Schwingungsmoden) des Methan bei 1.3-1.5 µm.
Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und der spektralen Vereinfachung
in einer kalten Expansion können in diesem Bereich Rotationslinien zum
ersten Mal zugeordnet werden [4]. Ausführliche Modellrechnungen erlauben eine erste Zuordnung von Schwingungsbanden dieser Ikosade, die in
hochaufgelösten FTIR Spektren bei Zimmertemperatur erhalten wurden.
[1] R. Marquardt, M. Quack; J. Chem. Phys., 109 (1998) 10628.
[2] Y. He, M. Hippler, M. Quack; Chem. Phys. Letters, 289 (1998) 527.
[3] M. Hippler, M. Quack; Chem. Phys. Letters, 314 (1999) 273.
[4] M. Hippler, M. Quack; J. Chem. Phys., 116 (2002) 6045.
MO 20.6 Fr 12:15 HS 355
Four-wave mixing spectroscopy of the S1 state of all-trans-βCarotene using ultrashort laser pulses — •Hrvoje Skenderović1,2 , Thomas Hornung1,3 und Marcus Motzkus1,4 — 1 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Strasse 1, D-85748
Garching — 2 Institute of Physics, Bijenička cesta 46, 10000 Zagreb, Croatia — 3 Massachusetts Institute of Technology, 77 Massachusetts Ave.,
Cambridge MA 02139-4307 — 4 Philipps-Universität, D-35032 Marburg,
Germany
MO 21 Ultrakurze Lichtimpulse: Quantenkontrolle (gemeinsame Sitzung mit Fachverband
Q)
Raum: HS 223
MO 21.1 Fr 11:00 HS 223
Convergence properties of the adaptive compression of highpower, broadband femtosecond laser pulses — •T. Witting1 ,
M. Köller2 , G. Tsilimis1 , J. Kutzner1 , H. Maurer2 , and H.
Zacharias1 — 1 Physikalisches Institut — 2 Institut für Numerische und
instrumentelle Mathematik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
A feedback controlled pulse shaping device has been implemented
and applied for compression of high-power, broadband Ti:Sapphire laser
pulses to their transform limit. The laser system consists of a mirror
dispersion controlled oscillator and a multipass amplifier with a pairing
double prism compressor providing pulses with a duration of 30 fs and an
energy of up to 1.2 mJ per pulse at 1 kHz repetition rate. These phase
distorted output pulses are phase modulated by an all reflective pulse
shaping unit equipped with a high resolution spatial light modulator
(SLM) resulting in 22 fs transform limited pulses. To achieve the shortest possible pulse an evolutionary algorithm controls the pulse shaper
utilizing a two-photon signal as feedback. Detailed investigations of algorithm parameters and their effect on convergence behaviour have been
performed and are comparable with the experimental findings.
MO 21.2 Fr 11:15 HS 223
Control of phase and amplitude of 10 to 20 fs laser pulses
tunable in the visible spectral range — •Stephan Malkmus,
Constanze Sobotta, Jörg Neuhaus, Regina Dürr, and Markus
Braun — Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für
BioMolekulare Optik, Oettingenstraße 67, 80538 München
71
Wavepaket motions can be studied to gain temporal and structural
information of molecular movements from optical spectroscopy (besides
fs-time-resolved X-ray, raman and IR methods). Tunable pulses in the
10 fs range are a prerequisite for resolving high frequency modes above
1000 cm−1 .
We present a procedure of phase and amplitude optimisation of superbroad tunable ultrashort pulses generated by a non-collinear optical parametric amplifier (NOPA). This is obtained both, by direct
crosscorrelation-FROG diagnostics and correction of the spectral phase
in the Fourier plane of a 4-f-setup with a liquid-crystal mask (”pulseshaper”), and by an evolutionary algorithm optimising the broadband
second harmonic signal in order to get the shortest pulses.
The application of these pulses for the measurement of wavepaket motions in an oxazine dye will be presented.
maximized up to R = 72 or minimized to R = 0.5. Information about
the dynamics occurring on the optimal ionization path is gained from
the optimal laser fields. The applied optimization method and the results obtained for phase and/or amplitude modulated pulses at different
wavelengths will be discussed. The experiment demonstrates the general
feasibility of the optimization method for all isotopic molecules.
MO 21.6 Fr 12:15 HS 223
Quantum Control of Bond Breaking in Triatomic Systems using
Few-Cycle IR + UV Laser Pulses — •Nadia Elghobashi, Leticia González, and Jörn Manz — Institut für Chemie, Physikalische
und Theoretische Chemie, Freie Universität Berlin, Takustrasse 3, D14195 Berlin, Germany
Few-cycle infrared (IR) plus ultraviolet (UV) laser pulses can excite coherent vibrations, inducing selective dynamical changes in bond lengths,
momenta, etc. In symmetric molecules, these pulses can induce dynamical symmetry breaking. Here, such pulses shall be applied to triatomic
hydrogen-bonded molecules, XHY, to induce dynamical changes in bond
lengths which may lead to selective bond-breaking, i.e. XHY → X +
HY or XH + Y. The mechanism begins with an initial well-crafted, fewcycle IR laser pulse that drives the hydrogen away from its equilibrium
position in the electronic ground state or provides it with appropriate
momentum. After an optimized time delay, a second, few-cycle UV laser
pulse is applied, thus photodetaching an electron or exciting the system to
an unbound potential energy surface (PES). Evolution of the pre-excited
system on the excited surface results in bond-selective dissociation.
Exemplarily, two dimensional (2D) ab initio and quantum dynamical
simulations will be discussed for the symmetric FHF− molecule and other
asymmetric systems, like HOD and OHF− .
MO 21.3 Fr 11:30 HS 223
Formung und Strukturierung abstimmbarer ultravioletter
Femtosekundenimpulse — •Michael Wessolowski, Christian
Schriever, Kai Stock, Peter Baum, Stefan Lochbrunner und
Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität München
Geformte und strukturierte Femtosekunden-Laserimpulse spielen bei
der Untersuchung und der Kontrolle von ultraschnellen physikalischen
und chemischen Prozessen eine zentrale Rolle. Da viele organische Moleküle ihre elektronische Absorption im blauen und ultravioletten (UV)
Spektralbereich haben, ist es notwendig, geformte Impulse in diesem Bereich zu erzeugen. Es wird ein neues Schema zur Erzeugung solcher Pulse
vorgestellt und demonstriert. Mit einem nichtkollinear phasenangepaßten
optisch parametrischen Verstärker (NOPA), der von einem regenerativen Ti:Saphir Lasersystem (800 nm) gepumpt wird, werden abstimmbare
breitbandige Impulse im Wellenlängenbereich 450-700 nm erzeugt. Diese sub-20-fs Impulse werden mit einer Flüssigkristallmaske (CRI, 2*128
Pixel) in Phase und Amplitude moduliert. Der effiziente Transfer der
geformten sichtbaren Impulse ins UV wird durch Summenfrequenzmischung mit einem geeignet gestreckten Teil des Ti:Saphir Lichtes erreicht
[1]. Wir erzeugen im UV abstimmbare strukturierte Impulse mit Energien von einigen hundert Nanojoule und einer Länge der Substrukturen
von unter 30 fs.
[1] I. Z. Kozma, P. Baum, S. Lochbrunner, and E. Riedle, Opt. Express
23, 3110 (2003).
MO 21.7 Fr 12:30 HS 223
Optimale Kontrolle von Photoisomerisierungsreaktionen —
•Gerhard Vogt, Gerhard Krampert, Patrick Niklaus und
Gustav Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg,
Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
Neben Experimenten zur Optimalen Kontrolle in der Gasphase sind
verschiedene Prozesse auch in der flüssigen Phase untersucht worden.
Keines dieser Experimente hat allerdings bisher versucht die Veränderung
der geometrischen Molekülstruktur zu kontrollieren. Hier berichten wir
über die optimale Kontrolle der Photoisomerisierungsreaktion von in Methanol gelöstem 3,3-Diethyl- 2,2-Thiacyanine Iodide (NK88).
Die trans- zu cis-Isomerisierungsreaktion erfolgt mit einer bestimmten
Wahrscheinlichkeit nach der Anregung durch einen 400 nm Femtosekundenlaserpuls. Optimale, in Phase und Amplitude geformte Laserpulse
können sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der relativen
Ausbeute des cis- im Verhältnis zum trans-Isomers erzielen. Das dazu
benötigte Rückkopplungssignal für den Evolutionären Algorithmus wird
durch transiente Absorptionsspektroskopie bereitgestellt.
[1] T. Brixner, N.H. Damrauer, P. Niklaus, G. Gerber, Nature 414 (2001)
57
[2] A. Assion, T. Baumert, M. Bergt, T. Brixner, B. Kiefer, V. Seyfried,
M. Strehle, G. Gerber, Science 282 (1998) 919
MO 21.4 Fr 11:45 HS 223
Quantenkontrolle durch ultraschnelle Polarisationspulsformung
— Tobias Brixner1 , Dirk Liese2 , Oksana Graefe2 , Christian
Horn2 , •Gerhard Krampert1 , Thomas Pfeifer1 , Reimer Selle1 , Matthias Wollenhaupt2 , Thomas Baumert2 und Gustav
Gerber1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany — 2 Experimentalphysik III, Universität
Gh Kassel, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel, Germany
Die Formung des zeitabhängigen Polarisationszustandes eines ultrakurzen Laserpulses wurde dazu verwendet, ein Quantensystem in einen
gewünschten Endzustand zu steuern. Kaliumdimere aus einem Molekularstrahl wurden benutzt, um zu zeigen, dass ein polarisationsgeformter Laserpuls die Ionisationsrate über das Maß hinaus erhöht, das mit
einem optimal geformten linear polarisierten Laserpuls erreicht werden
kann. Dies liegt an den Multiphoton-Ionisationswegen in K2. Diese enthalten Dipolübergänge, die unterschiedliche Polarisationrichtungen des
anregenden Laserfeldes bevorzugen. Dieses Experiment stellt eine qualitative Erweiterung des Spektrums der Quantenkontrollmechanismen dar,
die Zugang zur dreidimensionalen Kontrolle der Dynamik von Quantensystemen eröffnet.
[1] T. Brixner, G. Krampert, P. Niklaus, and G. Gerber, Appl. Phys. B
74, S133 (2002)
MO 21.8 Fr 12:45 HS 223
Laserkontrolle molekularer Schalter mit Cyclohexadien als aktivem Zentrum — •Dorothee Geppert1 , Lena Seyfarth1 , Angelika Hofmann2 und Regina de Vivie-Riedle1,2 — 1 Department Chemie, Ludwig-Maximilians-Universität München — 2 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Garching
Bistabile Moleküle können als molekulare Schalter genutzt werden,
wenn ihre beiden Isomere unterschiedliche physikalische Eigenschaften
besitzen. Hin- und Rückreaktion können z.B. durch Laserpulse initiiert
werden. Eine Klasse möglicher Schalter beinhaltet Cyclohexadien (CHD)
als Chromophor. Die ultraschnelle Ringöffnung von CHD verläuft über
mehrere konische Durchschneidungen. Auf der Grundlage quantenchemischer und -dynamischer Untersuchungen ist es uns gelungen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern. Dies geschieht durch speziell geformte
fs-Laserpulse, die wir mit Hilfe der Optimal Control Theory berechnen.
Um dieses Konzept auf größere photochrome Systeme zu übertragen,
haben wir ein Modell entwickelt, das an experimentelle Daten angepasst
werden kann und alle wichtigen Merkmale der CHD-Ringöffnung beinhaltet. In diesem Modell ist eine Produktkontrolle über intermediäre Zielzustände möglich.
MO 21.5 Fr 12:00 HS 223
Controlling Isotope Ratio Ionization with Shaped fs-Laser
Pulses — •Cosmin Lupulescu, Albrecht Lindinger, Mateusz
Plewicki, Stefan M. Weber, Andrea Merli, Franziska
Vetter , and Ludger Wöste — Institut für Experimentalphysik,
Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Isotope selection is an issue of high interest in many fields of science. We
report the control of the isotope ratio ionization R = 39,39 K2+ /39,41 K2+ by
means of shaped laser pulses. This is achieved by combining pulse shaping techniques with evolutionary algorithms. The isotope ratio could be
72
QUANTENOPTIK UND PHOTONIK (Q)
Prof. Dr. Gerhard Rempe
Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Hans-Kopfermann-Straße 1
85748 Garching
http://www.mpq.mpg.de/qdynamics/
(Hörsäle HS 101, HS 204, HS 218, HS 221, HS 223, HS 224 und HS 225)
Hauptvorträge
Q 1.1
Mo
Q 1.2
Mo
Q 29.1
Do
Q 29.2
Do
11:00 (HS 225) Quantenoptik auf dem Weg von der Atomphysik zur Kernphysik,
Heinrich Schwoerer
11:45 (HS 225) Nichtlineare Wechselwirkungen von Laserlicht - Anwendungen und Perspektiven, Ralf Menzel
11:00 (HS 225) Interferenz, Korrelationen und Verschränkung in höheren Dimensionen,
Wolfgang Schleich
11:45 (HS 225) Ultra-cold Fermi Gases: From Bose-Einstein Condensation of Molecules
to Fermi Superfluidity, Christophe Salomon
Fachsitzungen
Q
Q
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Q
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Q
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1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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11
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13
14
15
16
Q
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17
18
19
20
21
22
Hauptvorträge I
Quanteninformation I
Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen I
Festkörperlaser
Ultrakurze Lichtimpulse: Attosekundenpulse
Gruppenberichte Fallen und Kühlung
Quantenkommunikation
Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen II
Festkörper- und Halbleiterlaser
Ultrakurze Lichtimpulse: Röntgenpulse und Kernphysik
Fallen und Kühlung
Quantengase I
Quantencomputer
Optische Messtechnik
Quanteneffekte I
Informationsspeicherung, Wellenleitung und Informationsübertragung
Teilchenoptik
Quantengase II
Poster Festkörper- und Halbleiterlaser
Poster Ultrakurze Lichtimpulse
Poster Quantengase
Poster Quanteninformation, -kommunikation und computer
73
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
Mo
11:00–12:30
14:00–16:00
14:00–15:45
14:00–16:00
14:00–15:45
14:00–16:00
16:30–18:45
16:30–18:00
16:30–18:30
16:30–18:30
HS
HS
HS
HS
HS
HS
HS
HS
HS
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225
101
204
218
223
224
101
204
218
223
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
1.1–1.2
2.1–2.8
3.1–3.7
4.1–4.8
5.1–5.6
6.1–6.4
7.1–7.9
8.1–8.6
9.1–9.8
10.1–10.8
Mo
Mo
Di
Di
Di
Di
16:30–18:45
16:30–18:30
11:00–12:30
11:00–12:45
11:00–12:30
11:00–12:30
HS
HS
HS
HS
HS
HS
224
225
101
204
218
223
Q
Q
Q
Q
Q
Q
11.1–11.9
12.1–12.8
13.1–13.5
14.1–14.7
15.1–15.6
16.1–16.6
Di
Di
Di
Di
Di
Di
11:00–13:00
11:00–13:00
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
HS 224
HS 225
Schellingstr.
Schellingstr.
Schellingstr.
Schellingstr.
Q
Q
Q
Q
Q
Q
17.1–17.8
18.1–18.8
19.1–19.7
20.1–20.18
21.1–21.14
22.1–22.16
3
3
3
3
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
Q
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
Q 33
Q 34
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Q
Q
Q
Q
Q
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Q
Q
Q
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Q
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Q
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
Q 50
Q 51
Q 52
Quanteninformation II
Photonik in komplexen und periodischen Strukturen
Quanteneffekte II
Ultrakurze Lichtimpulse: Erzeugung
Fallen und Kühlung
Quantengase III
Hauptvorträge II
Symposium Biophotonik (SYBP)
Poster Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen
Poster Laserspektroskopie und Laser in der Umweltmesstechnik
Poster Präzisionsmessungen und optische Messtechnik
Poster Photonik in komplexen und periodischen
Strukturen
Poster Wellenleitung und Informationsübertragung
Poster Quanteneffekte
Poster Teilchenoptik
Poster Fallen und Kühlung
Quanteninformation III
Laserspektroskopie
Quanteneffekte III
Ultrakurze Lichtimpulse: Carrier-Envelope-Phase
Biophotonik und Laser in der Medizin
Gruppenberichte Quantengase
Quanteninformation IV
Laser in der Medizin und Umweltmesstechnik
Quanteneffekte IV
Laserspektroskopie und Präsizionsmessungen
Ultrakurze Lichtimpulse: Quantenkontrolle (gemeinsame Sitzung mit Fachverband MO)
Gruppenberichte Laserspektroskopie
Quantengase IV
Postdeadline
Di
Di
Di
Di
Di
Di
Do
Do
Do
Do
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:45
16:30–18:45
16:30–18:30
16:30–18:30
11:00–12:30
11:00–13:00
14:00–16:00
14:00–16:00
HS 101
HS 204
HS 218
HS 223
HS 224
HS 225
HS 225
HS 224
Schellingstr. 3
Schellingstr. 3
Q
Q
Q
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Q
Q
Q
Q
Q
Q
Do 14:00–16:00
Schellingstr. 3
Q 33.1–33.9
Do 14:00–16:00
Schellingstr. 3
Q 34.1–34.2
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Do
Fr
Fr
Fr
Fr
Fr
Schellingstr.
Schellingstr.
Schellingstr.
Schellingstr.
HS 101
HS 204
HS 218
HS 223
HS 224
HS 225
HS 101
HS 204
HS 218
HS 221
HS 223
Q
Q
Q
Q
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Q
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Q
Q
Q
Q
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
14:00–16:00
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:30
16:30–18:45
16:30–18:30
16:30–18:30
11:00–13:00
11:00–13:15
11:00–13:00
11:00–13:00
11:00–13:00
Fr 11:00–13:00
Fr 11:00–13:00
Do 20:00–21:50
HS 224
HS 225
HS 225
3
3
3
3
23.1–23.8
24.1–24.8
25.1–25.8
26.1–26.9
27.1–27.8
28.1–28.8
29.1–29.2
30.1–30.1
31.1–31.14
32.1–32.10
35.1–35.4
36.1–36.14
37.1–37.3
38.1–38.20
39.1–39.8
40.1–40.8
41.1–41.7
42.1–42.8
43.1–43.8
44.1–44.4
45.1–45.7
46.1–46.9
47.1–47.8
48.1–48.8
49.1–49.8
Q 50.1–50.4
Q 51.1–51.8
Q 52.1–52.11
Symposium Biophotonik
C. Denz (Münster) organisiert für den Fachverband “Quantenoptik und Photonik” das Symposium “Biophotonik” (SYBP).
Do 11:00-13:00 HS 224 Beiträge siehe separates Programm SYBP
Postdeadline Sitzung
Der Fachverband “Quantenoptik und Photonik” organisiert am Donnerstag, dem 25. März 2004, 20:00-22:00 eine Postdeadlinesitzung. Neueste Ergebnisse können für diese Sitzung vom 1. bis 27. Februar 2004, 24:00 Uhr elektronisch (http://www.dpgtagungen.de/subm/) als Vortrag eingereicht werden. Die Beiträge werden begutachtet.
Mitgliederversammlung des Fachverbands Quantenoptik und Photonik
Mo 12:30–13:30
HS 225
Vorläufige Tagesordnung:
1. Bericht des FV-Vorsitzenden
2. Bericht zum Weltjahr der Physik
3. Bericht aus der AG Photonik
4. Wahl des neuen FV-Vorsitzenden
5. Wahl des neuen stellvertretenden FV-Vorsitzenden
6. Verschiedenes
74
Gez., G. Rempe
75
Fachsitzungen
– Hauptvorträge, Gruppenberichte, Kurzvorträge und Posterbeiträge –
Q 1 Hauptvorträge I
Raum: HS 225
Hauptvortrag
Teilchenphysik gegeben.
Q 1.1 Mo 11:00 HS 225
Quantenoptik auf dem Weg von der Atomphysik zur Kernphysik — •Heinrich Schwoerer — Institut für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743
Jena
Die heute intensivsten Laser produzieren ultrakurze, nah-infrarote
Laserpulse mit Spitzenintensitäten von über 1020 W/cm2 . Wechselwirken diese Laserpulse mit Materie, so kann intensive und ultrakurze
Innerschalen-Röntgenstrahlung emittiert werden. Weiterhin können in
großer Zahl Elektronen, Protonen und Strahlung mit mittleren Energien
von mehreren 10 Megaelektronenvolt erzeugt werden. Dies ist der Energiebereich der Kernriesenresonanzen, so dass Kernreaktionen wie Neutronenabspaltung, Kernspaltung, Isomerenanregung und auch Fusion induziert werden können. Die Besonderheiten dieser neuen Teilchen- und
Photonenquelle, nämlich ihre kurze Emissionsdauer, ihr hoher Fluss und
ihre Kompaktheit eröffnen interessante Perspektiven für die Kernphysik
und die Untersuchung elementarer Wechselwirkung von Strahlung und
Materie. Anhand grundlegender Experimente wird der aktuelle Stand
der laserinduzierten Kernphysik dargestellt. Abschließend wird ein Ausblick auf zukünftige Möglichkeiten hochintensiver Laser in Kern- und
Hauptvortrag
Q 1.2 Mo 11:45 HS 225
Nichtlineare Wechselwirkungen von Laserlicht - Anwendungen
und Perspektiven — •Ralf Menzel — Institut für Physik, Lehrstuhl
Photonik der Universität Potsdam, Am neuen Palais10, 14469 Potsdam
Mit der breiten Verfügbarkeit neuer Laser mit kurzen Pulsen und hohen Spitzenleistungen ergeben sich viele neue Möglichkeiten nichtlineare
optische Wechselwirkungen (WW) von Licht mit Materie zu untersuchen. Die dabei auftretenden Effekte der kohärenten und inkohärenten
WW mit transparenter und absorbierender Materie werden im Vortrag
im Hinblick auf die theoretische Beschreibung klassifiziert und in ihren Möglichkeiten für Physik, Chemie, Biologie und Medizin diskutiert.
Chancen und Schwierigkeiten werden an Beispielen aus der nichtlinearen
optischen Spektroskopie, der Lasertechnik und der Quanteninformation
erläutert. Dies betrifft neue Methoden der Analytik, der 3-dimensionalen
Formerfassung, der Weisslichterzeugung, der kohärenten Kopplung von
Lasern, der optischen Phasenkonjugation, beim Aufbau von Hochleistungslasern sowie das Arbeiten mit nicht-klassischem Licht.
Q 2 Quanteninformation I
Raum: HS 101
Q 2.1 Mo 14:00 HS 101
Towards an entanglement area theorem — •J. Dreißig1 , M.
Cramer1 , M.B. Plenio2 und J. Eisert1,2 — 1Institut für Physik, Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, D-14469 Potsdam — 2 Blackett
Laboratory, Imperial College London, Prince Consort Road, SW7 2BW
London
We revisit the concept of geometric entropy with the tools of entanglement theory in infinite-dimensional quantum systems. We consider the
von Neumann entropy associated with a distinguished region in a discretized free massless scalar field in its ground state. We show that the
entropy is proportional to the area of the boundary surface without relying on numerical estimates. We investigate the continuum limit leading
to an associated field theory, and consider the degree of entanglement in
case of thermal states associated with some non-zero temperature.
We investigate the lifetime of macroscopic entanglement in graph states
under the influence of decoherence due to different noise models. Among
these noise models are the depolarizing channel, noise models described
by quantum optical master equations of the Lindblad form and some
correlated noise models. For GHZ-type superposition states we find that
the lifetime decreases with the size of the system (i.e. the number of independent degrees of freedom) and the effective number of subsystems
that remain entangled decreases with time. For cluster states, however,
we show that the lifetime of entanglement is independent of the size of
the system. We generalize the results to states also produced by some
Ising-type interaction but with different interaction times.
Q 2.4 Mo 14:45 HS 101
Graph states — •J. Eisert1 , M. Hein2 , and H.-J. Briegel2 —
1
Institut für Physik, Am Neuen Palais 10, Universität Potsdam, D-14469
Potsdam — 2 Institut für theoretische Physik, Technikerstraße 25, Universität Innsbruck, A-6020 Innsbruck
Graph states are multi-particle entangled states that correspond to
mathematical graphs, where the vertices of the graph take the role of
quantum spin systems and edges represent Ising interactions. They are
many-body spin states of distributed quantum systems that play a significant role in quantum error correction, multi-party quantum communication, and quantum computation within the framework of the one-way
quantum computer. In this talk, the formalism and setting of graph states
will be introduced. General transformation rules for graphs will be presented in graph theoretical language when local Pauli measurements are
applied, and we will provide criteria for the equivalence of two graphs up
to local unitary transformations. We also characterize and quantify the
genuine multi-particle entanglement of such graph states in terms of the
Schmidt measure, to which we provide upper and lower bounds in graph
theoretical terms. Examples will include the codewords of the concatenated [7,1,3]-CSS code and the graph states associated with the quantum
Fourier transform in the one-way computer. (See also the subsequent talk
by M. Hein, W. Dür, and H.J. Briegel.)
Q 2.2 Mo 14:15 HS 101
Witness Operators versus Bell Inequalities — •Philipp Hyllus,
Otfried Gühne, Dagmar Bruß, Maciej Lewenstein, and Anna
Sanpera — Institut für Theoretische Physik, Universität Hannover,
30167 Hannover
Quantum states that violate Bell inequalities cannot be described by
a local hidden variable model. Witness operators provide a conceptually
different method for the detection of entanglement in quantum systems.
In general, the set of mixed quantum states that violate a Bell inequality
is smaller than the set of states which are detected by a witness: even
for 2-qubit systems there exist mixed entangled states that admit a local hidden variable model. We investigate the relation between witness
operators and Bell inequalities for 2 qubits. We show how witness operators can be transformed to detect only states violating a Bell inequality,
and demonstrate that known Bell inequalities correspond to non-optimal
witness operators.
Q 2.3 Mo 14:30 HS 101
Stability of macroscopic entanglement under decoherence —
•Marc Hein1,2 , Wolfgang Duer1,2 , and Hans Juergen Briegel1,2
— 1 Theoretische Physik, LMU Muenchen — 2 Institut fuer Theoretische
Physik, U Innsbruck
76
Q 2.5 Mo 15:00 HS 101
Iterative Verschränkungsreinigung mit endlichen Ressourcen —
•Stefan T. Probst, Thorsten C. Bschorr und Matthias Freyberger — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm
Verschränkung ist eine wichtige Ressource um nichtklassische Informationsverabeitung zu betreiben. Für Quantenkommunikation müssen
sich die Kommunikationspartner möglichst maximal verschränkte Systeme teilen. Da jedoch im Allgemeinen die Verteilung die Verschränkung
beeinflusst, müssen diese Störungen wieder heraus gereinigt werden.
Wir betrachten ein Verschränkungsreinigungsverfahren mit Hinblick
auf eine iterative Anwendung. Unser Interesse liegt insbesondere an seinem Verhalten bei einer endlichen Anzahl von verschränkten Systemen.
Durch die Analyse der mittleren Fidelity des iterativen Prozesses ist es
uns möglich anzugeben, wieviele EBits je nach Ausgangszustand mindestens benötigt werden, um eine erfolgreiche Reinigung durchzuführen.
Q 2.7 Mo 15:30 HS 101
Quantum Error Correcting Codes - Ab Initio — •Michael Reimpell and Reinhard F. Werner — Institut für Mathematische Physik,
TU Braunschweig, Mendelssohnstraße 3, 38106 Braunschweig
We introduce an iterative algorithm for finding the optimal coding and
decoding operations for an arbitrary channel. In contrast to the usual approach, we do not a priori require any error syndrome to be corrected
completely. Therefore possible solutions are not restricted to the KnillLaflamme definition of error correcting codes. The iteration is shown to
improve a given figure of merit in every step and each stable fixed point
of the iteration is a global optimum.
Q 2.8 Mo 15:45 HS 101
Cloning Gaussian States — •Ole Krüger1 , Reinhard F.
Werner1 , and Michael M. Wolf2 — 1 Institut für Mathematische
Physik, TU Braunschweig, Germany — 2 Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Garching, Germany
Bright laser beams offer a practicable alternative for the realization of
quantum information tasks. In particular, they play an important role
in the transmission of quantum information over large distances. The
simultaneous access of third parties to this information during transmission is governed by the restrictions on cloning. This is important for the
procedures of quantum cryptography.
The theoretical description of such beams is based on states of continuous variable systems, most notably Gaussian states. Unifying and extending previous approaches, we consider the question of optimal cloning
of Gaussian states under various settings. These include different figure of
merit functionals, joint vs. single-copy comparison and covariance properties. We especially investigate in which sense, i. e. for which settings,
cloners with Gaussian output states are optimal.
Q 2.6 Mo 15:15 HS 101
Schätzen von Quantenzuständen mit Verschränkung und Feedback — •Thorsten Bschorr und Matthias Freyberger — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm
Wir präsentieren neue Methoden zum Quanten–Zustandsschätzen von
Qubits mit Feedback. Dazu erweitern wir die in [1] vorgestellten Schemata um die adaptive Messung an zwei Qubits in einer verschränkten
Basis. Die Kombination von Verschränkung und Feedback führt zu einer
deutlich verbesserten Güte. Wir diskutieren entsprechende Simulationen
für endliche Ressourcen und vergleichen die Ergebnisse mit der Güte des
optimalen Falles [2].
[1] D. G. Fischer, S. H. Kienle, und M. Freyberger, Phys. Rev A 61,
032306 (2000).
[2] A. Peres und W. K. Wootters, Phys. Rev. Lett. 66, 1119 (1991);
S. Massar und S. Popescu, Phys. Rev. Lett. 74, 1259 (1995).
Q 3 Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen I
Raum: HS 204
Q 3.1 Mo 14:00 HS 204
Resonatorinterne Frequenzverdopplung von optisch angeregten
InGaAs Halbleiter-Scheibenlasern in den blau-grünen Spektralbereich — •Oliver Casel, Marc A. Tremont, Harry Fuchs und
Richard Wallenstein — Fachbereich Physik, Technische Universität
Kaiserslautern, Erwin-Schrödinger-Str. 46, 67663 Kaiserslautern
Die Erzeugung sichtbarer Laserstrahlung aus kompakten Strahlquellen
auf Halbleiterbasis stellte in den letzten Jahren einen Schwerpunkt der
Laserentwicklung dar. Insbesondere die Frequenzverdopplung infraroter
Strahlung aus Halbleiterlasern hat sich als geeignet erwiesen, kohärentes
sichtbares Licht im Leistungsbereich bis zu einem Watt zu erzeugen. Seit
einigen Jahren ist ein weiteres Konzept für Halbleiterlasersysteme, die
Licht im Sichtbaren emittieren, Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Es handelt sich dabei um optisch angeregte Halbleiter-Scheibenlaser
mit externem Resonator, welcher einen nichtlinearen Kristall für die Frequenzverdopplung der infraroten Strahlung enthält.
In diesem Beitrag wird über ein solches System aus InGaAs berichtet,
das im Dauerstrichbetrieb bis zu 300 mW grüner 512 nm Strahlung und
bis zu 180 mW blauer 490 nm Strahlung liefert. Die spektrale Linienbreite beträgt dabei stets weniger als 1 nm. Zur Frequenzkonversion wird ein
5 mm langer, kritisch phasenangepasster LBO Kristall eingesetzt. Die
Halbleiterscheiben werden optisch angeregt mit fasergekoppelten Pumpdioden bei 808 nm. Die erzielten optischen Konversionseffizienzen von
Pumpstrahlung zu sichtbarer Laserstrahlung betragen bis zu 5%.
gelreflektivitäten des hochvergüteten Ringresonators ermittelt. Weiterhin
wird auf die Abstimmung beider Resonatoren bezüglich der Frequenz
und Bandbreite eingegangen. Dabei wird bewusst auf eine aktive Regelung beispielsweise der Resonatorlänge verzichtet, sondern einer passiven
Kopplung der Vorzug gegeben. Dies wird möglich, da die Laserdiode im
externen Resonator ein optisches “Frequenzlocking” ermöglicht.
Es werden erste experimentelle Ergebnisse präsentiert und diese werden mit den theoretischen Voraussagen verglichen.
[1] Volker Raab, Danilo Skoczowsky, and Ralf Menzel. Optics Letters,
Vol. 27, No. 22, 2002.
Q 3.3 Mo 14:30 HS 204
Adaptive Kontrolle kohärenter hoher harmonischer spektraler Emission im weichen Röntgenbereich — •Thomas Pfeifer,
Dominik Walter, Carsten Winterfeldt, Christian Spielmann
und Gustav Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg,
Kohärente Kontrolle im sichtbaren und infraroten Spektralbereich
durch Pulsformung ermöglicht heutzutage die gezielte Steuerung von chemischen Reaktionen. Die charakteristische Zeitskala ist hierbei die Kernbewegung in Molekülen, die im Femtosekundenbereich liegt. In unserer
Arbeit demonstrieren wir die Möglichkeit der Pulsformung im Attosekundenbereich, das heißt, der Zeitskala elektronischer Dynamik.
Wir zeigen, dass es möglich ist, die spektrale Emission des hohen
harmonischen Prozesses umfassend und gezielt zu beeinflussen. Dies geschieht durch adaptive Pulsformung des erzeugenden Femtosekundenlaserpulses. Es ist nicht nur möglich die spektrale Brillianz zu erhöhen [1],
sondern auch grössere Spektralbereiche im weichen Röntgenbereich selektiv zu manipulieren. Wir zeigen, dass es zudem möglich ist, die Erzeugung
einzelner Harmonischer zu unterdrücken. Simulationen zeigen, dass zur
Erklärung der Beobachtungen das atomare Dipolmoment als mikroskopische Quelle der weichen Röntgenstrahlung nicht ausreicht und räumliche
Propagationseffekte berücksichtigt werden müssen.
[1] R. Bartels et al., Nature 406, 164 (2000)
Q 3.2 Mo 14:15 HS 204
Frequenzverdopplung in gekoppelten Ringresonatoren – Vergleich von Theorie und Experiment — •Danilo Skoczowsky,
Volker Raab und Ralf Menzel — Universität Potsdam, Institut
für Physik/Lehrstuhl Photonik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam
Vorgestellt werden Überlegungen zur effizienten Frequenzverdopplung
von einigen hundert Milliwatt infrarotem Licht mit Hilfe von gekoppelten Ringresonatoren. Das Prinzip besteht darin, einen im externen Resonator betriebenen Breitstreifendiodenlaser [1] mit einem hochvergüteten
Ringresonator zu koppeln, in dem die zweite Harmonische generiert wird.
Mit einer Zielsetzung von einigen zehn Milliwatt an blauem Licht wird
die erforderliche Leistungüberhöhung und die daraus resultierenden Spie77
Q 3.4 Mo 14:45 HS 204
Messung der nichtlinearen optischen Eigenschaften von LTGaAs mittels fs-z-Scan — •Volker Raab1 , Jens Herfort2 und
Ralf Menzel1 — 1 Universität Potsdam — 2 Paul-Drude-Institut für
Festkörperelektronik, Berlin
Mit Hilfe der z-Scan-Technik werden bei verschiedenen Temperaturen
am Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik gewachsene Proben von
LT-GaAs (Low-Temperature-Grown Gallium-Arsenid) untersucht. Durch
diese Wachstumsbedingungen bilden sich nicht-stöchiometrische Inseln,
die zusätzliche Niveaus in der Bandlücke generieren. Dadurch findet Relaxation außerordentlich schnell statt, wodurch sich das Material für ultraschnelle nichtlineare Prozesse, beispielsweise in Kurzpulslasern eignet.
Die nichtlinearen Koeffizienten für Brechungsindex und Absorption wurden von uns direkt in Abhängigkeit von den Wachstumsbedingungen gemessen.
Zum Einsatz kommt die Z-Scan-Technik mit FemtosekundenLaserpulsen von 140 fs Dauer. Das Licht wird mittels eines optisch
parametrischen Verstärkers auf eine Wellenlänge von etwa 1100 nm,
also unterhalb der Bandlücke von GaAs gewandelt. Da die Proben
mit 5 µm äußerst dünn sind, sind die Signale schwer zu messen. Ein
experimenteller Vergleich von fünf bei unterschiedlichen Temperaturen
gewachsenen Proben wird vorgestellt.
Q 3.6 Mo 15:15 HS 204
Multisolitonenzustände in einem Erbiumfaserlaser — •Tom
Voigt und Fedor Mitschke — Fachbereich Physik, Universiät
Rostock, 18051 Rostock
Passiv modengekoppelte Erbiumfaserlaser dienen einerseits zur Erzeugung von formstabilen Lichtpulsen und haben ein hohes technisches Potential in der Telekommunikation. Andererseits stören eine Vielzahl interessanter, letztendlich noch nicht geklärter Betriebszustände eine einfache
technische Anwendung. Es treten Strukturen mit zumindest fünf unterschiedlichen Zeitskalen auf.
Wir haben das zeitliche Verhalten von zwei passiv modengekoppelten
Erbiumfaserlasern (NPR- und NALM-Konfiguration) experimentell untersucht. Dazu wurden jeweils der zeitliche Intensitätsverlauf mit einer
sehr schnellen Diode, eine Intensitätsautokorrelation und das optische
Spektrum zeitgleich aufgenommen.
Neben Solitonenformungsmechanismen sind weitere physikalische Ursachen für das Verhalten ausschlaggebend. Seitenbänder im optischen
Spektrum liefern zusammen mit den Daten der anderen Aufnahmetechniken einen Zugang zu den im Laser auftretenden Mechanismen. Ein
Ergebnis ist das gleichzeitige Auftreten von unterschiedlichen Solitonen,
die in Bezug auf Multisolitonenzustände und deren Kopplung diskutiert
werden.
(gefördert durch die DFG)
Q 3.7 Mo 15:30 HS 204
Neuartiges Phasenanpassung-Schema für die Erzeugung von
Hohen Harmonischen in einer glatten Hohlfaser — •Carsten
Winterfeldt, Thomas Pfeifer, Dominik Walter, Christian
Spielmann und Gustav Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
Wir schlagen ein neuartiges Schema für die Phasenanpassung bei der
Erzeugung von Hohen Harmonischen in einer Hohlfaser durch zeitliche
Modulation der erzeugenden Femtosekunden-Laserimpulse vor. Im Gegensatz zu [1] wird dabei keine räumlich modulierte Hohlfaser benötigt,
sondern nur ein Standardaufbau mit einer glatten Hohlfaser [2]. Der einfallende Laserimpuls wird durch eine geeignete Methode (beispielweise durch einen Pulsformer) in einen Pulszug von ultrakurzen Femtosekundenpulsen umgewandelt. Durch den Unterschied von Gruppen- und
Phasengeschwindigkeit der erzeugenden Infrarot-Lichtimpulse wird eine
zeitliche Modulation des Intensität erreicht, die die Phasenfehlanpassung
zwischen fundamentaler IR-Strahlung und hohen Harmonischen im weichen Röntgen-Bereich minimieren oder eliminieren kann.
[1] A. Paul et al., Nature 421, 51 (2003)
[2] A. Rundquist et al., Science 280, 1412 (1998)
Q 3.5 Mo 15:00 HS 204
Selektive Anregung von Hohlfasermoden mittels adaptiver
Strahlformung — •Dominik Walter, Thomas Pfeifer, Robert
Spitzenpfeil, Carsten Winterfeldt, Christian Spielmann und
Bei der Wechselwirkung von ultrakurzen Laserpulsen mit Gasen werden hohe Harmonische im UV- und weichen Röntgenbereich erzeugt. Fokussiert man die Pulse in eine gasgefüllte Hohlfaser, kann bei geeigneter
Wahl der Parameter Druck, Laserintensität, Faserdurchmesser und Fasermode die Konversioneffizienz durch Phasenanpassung gesteigert werden
[1]. Mit Hilfe eines 2D-Pulsformers ist es uns nun möglich, durch Optimierung der Phasenfronten des einfallenden Laserstrahls die Einkopplung in
die Hohlfaser zu kontrollieren. Die Optimierung wird dabei automatisch
vom Computer gesteuert über Rückkopplung durch einen evolutionären
Algorithmus [2]. Wir können somit durch geeignete räumliche Pulsformung nicht nur den Durchsatz einer mit Edelgas gefüllten Hohlfaser steigern, sondern auch gezielt einzelne Fasermoden anregen und den Einfluss
auf die erzeugten UV-Spektren untersuchen.
[1] A. Rundquist et al., Science 280, 1412 (1998)
[2] A. Assion et al., Science 282, 919 (1998)
Q 4 Festkörperlaser
Raum: HS 218
Q 4.2 Mo 14:15 HS 218
Flexible Festkörperlaser hoher Strahlqualität und Pulsspitzenleistung in Anwendungen zum Bohren, Schneiden und Ritzen
mit hohem Aspektverhältnis — •Alexander Binder1 , Thomas
Riesbeck2 und Hans Joachim Eichler2 — 1 LMTB GmbH, Schwarzschildstr.8, 12489 Berlin — 2TU Berlin, Str. des 17. Juni 135, 10623
Berlin
Thermisch und mechanisch hochfeste Werkstoffe wie z.B. Hartmetalle und eine Vielzahl technischer Keramiken kommen zunehmend in der
Energiewirtschaft und der Nachrichtentechnik zum Einsatz, lassen sich
mit herkömmlichen Verfahren nur schwer bearbeiten.
Gepulste Lasersysteme hoher Leistungsdichte und Strahlqualität sind
in der Lage, hohe Abtragsraten dieser Materialien zu ermöglichen. Das
Material wird dabei unter sehr geringer Schmelzbildung fast vollständig
verdampft. Durch die lokale Energieeinbringung ist die thermische Belastung des Bauteils gering. Da der Prozeß berührungsfrei ist, ist die
mechanische Beanspruchung minimal. Zudem arbeitet das Werkzeug Laser verschleißfrei wodurch eine entsprechende Nachführung während des
Prozesses entfällt.
Der in dieser Arbeit vorgestellte Laser ist ein Nd:YAG-OszillatorVerstärkersystem mit einer mittleren Ausgangsleistung von bis zu 124W
bei einer Strahlqualität M 2 = 2, 2. Durch die sehr gute Strahlqualität
und die hohe Flexibilät des Systems sind Bohrungen mit einem Durchmesser/Tiefenverhältnis von 1:200 ebenso möglich wie Schnittfugen von
Q 4.1 Mo 14:00 HS 218
Frequenzverdreifachung und Leistungsverstärkung für ein
mehrstufiges Titan:Saphir-Laser-System — •Thomas Kessler,
Kim Brück, Christopher Geppert, Simone Sirotzki, Klaus
Wendt und Katja Wies — Institut für Physik, Universität Mainz,
55099 Mainz
Zur Anwendung in der Resonanz-Ionisations-Massenspektrometrie
wurde an der Universität Mainz ein hochrepetierendes (1-10 kHz, ca.
50 ns), kompaktes Titan-Saphir-Laser-System entwickelt. Um einen
möglichst breiten spektralen Bereich abdecken zu können, wurde neben
einer einfachen Frequenzverdopplung auch eine Frequenzverdreifachungseinheit aufgebaut. Zur weiteren Aufrüstung des Systems und
Leistungssteigerung in allen Harmonischen wird gerade ein optischer
Verstärker entwickelt. Für die Verstärkung wurde mit Hilfe eines
Computer-Algebra-Systems eine Simulation entwickelt, die auf einem
erweiterten Nodvik-Franz-Modell beruht.
In diesem Vortrag wird neben Spezifikationen und Layout des Gesamtsystems speziell die Verdreifachung und die Verstärkereinheit vorgestellt.
Es werden Ergebnisse der Simulation und das Konzept des optischen
Verstärkers präsentiert.
78
wenigen Mikrometern Breite.
ren nach Caird im Vergleich zu den anderen Methoden klare Vorteile
aufweist.
Q 4.3 Mo 14:30 HS 218
Frequenzstabilisierter diodengepumpter Nd:YAG Laser mit
400 mJ Pulsenergie und nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualität (M 2 = 1, 5) — •Philip Kappe1 , Martin Ostermeyer1 ,
Volker Wulfmeyer2 und Ralf Menzel1 — 1 Institut für Physik/
Lehrstuhl Photonik/ Universität Potsdam/ Am neuen Palais 10/
14469 Potsdam — 2 Institut für Physik und Meteorologie/ Universität
Hohenheim/ Garbenstr. 30/ Stuttgart-Hohenheim
Der Laser besteht aus einem frequenzstabilisierten diodengepumpten
Nd:YAG Oszillator und vier Verstärkern in Stabgeometrie. Durch Injection Seeding mittels eines monolithischen Lasers und Anwendung einer modifizierten Pound-Drever-Hall-Technik zur Frequenzstabilisierung
wird longitudinaler Einmodenbetrieb des Master Oszillators erreicht. Er
liefert 10 mJ Pulsenergie bei 100 Hz. Die Verstärkung erfolgt in zwei
Stufen bestehend aus je einem Verstärkerpaar. Zur Doppelbrechungskompensation wird jeweils zwischen den Verstärkern eines Paares die
Polarisation um 90◦ gedreht. Die Pulsenergie beträgt nach der zweiten
Verstärkungsstufe 405 mJ bei einer Pulslänge von 35 ns. Es wurde eine
Strahlqualität von M 2 = 1, 5 bei maximaler Ausgangsleistung gemessen.
Die Bandbreite des Lasers ist kleiner als 40 MHz. Eine Frequenzverdopplung mit einem KTP-Kristall ergab 203 mJ Pulsenergie bei 532 nm. Der
Laser soll als Pumpquelle sowohl für einen Ti:Saphier Laser als auch für
einen OPO (Optisch Parametrischer Oszillator) verwendet und in einem
Lidar-System eingesetzt werden.
Q 4.6 Mo 15:15 HS 218
OPS–gepumpter Pr:YLF–Laser — •Andree Richter, E. Osiac,
E. Heumann und G. Huber — Institut für Laser–Physik, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg
Wir untersuchen einen Pr:YLF–Laser bei 639,5 nm, der erstmals durch
eine frequenzverdoppelte, optisch gepumpte Laserdiode (OPS), bereitgestellt von der Firma Coherent Lübeck GmbH, angeregt wurde. Die
Pumpwellenlänge von 480 nm weist einen großen Überlapp mit einem
Absorptionsmaximum des Praseodyms auf, so dass nahezu die gesamte
Pumpleistung absorbiert wird. Die maximale Pumpleistung beträgt 140
mW und ist nahezu vollständig linear polarisiert.
Es wird ein konzentrischer Resonator mit einem 3 at–% Praseodym–
dotierten, 11 mm langen und unbeschichteten Kristall verwendet. Die
Transmission des Auskoppelspiegels liegt bei 2% und ermöglicht eine Ausgangsleistung von 31 mW. Der differentielle Wirkungsgrad liegt
bei 30%. Der Kristall absorbiert etwa 98% der eingestrahlten Leistung,
hauptsächlich in der ersten Kristallhälfte. Die Ausgangsleistung war nach
mehreren Stunden Laserbetrieb nur geringen Schwankungen unterworfen.
Spektroskopische Untersuchungen sowie Lebensdauermessungen wurden durchgeführt, um Einflüsse von Pr–Paaren zu untersuchen, die die
Effizienz des Lasers verändern können.
Q 4.7 Mo 15:30 HS 218
Umschaltbarer upconversion Pr,Yb-ZBLAN Faserlaser —
•Stefan Salewski, Arnold Stark, Ortwin Hellmig, Karsten
Scholle, Wolfgang Thurau, Peter E. Toschek, Klaus Sengstock und Valeri Baev — Institut für Laser-Physik, Universität
Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg
Pr,Yb-dotierte ZBLAN-Faserlaser sind interessant aufgrund der Emission eines breiten Fluoreszenzspektrums im sichtbaren Spektralbereich
bei Anregung mit einem Diodenlaser bei 800 bis 880 nm. Die gemischte Dotierung der Faser ermöglicht effektive Avalanche-Anregung von
drei überlappenden Energiezuständen im Pr, die etwa 21.000 cm−1 vom
Grundzustand entfernt sind. Bereits bei einer eingekoppelten Pumpleistung von weniger als 20 mW wird Inversion zwischen diesen Zuständen
und 6 anderen tiefliegenden Zuständen erreicht. Die Einbringung von
dielektrischen Spiegeln an den Faserendflächen und/oder die Ankopplung eines externen Resonators ermöglicht umschaltbare oder gleichzeitige Laser-Emission in mehreren Spektralbereichen von 491 nm bis 717
nm. Bei 150 mW Pumpleistung emittiert der Faserlaser mehr als 10 mW.
Die Laser-Emission zeigt Rauschen, besonderes bei den Relaxationsfrequenzen, das sich durch aktive elektronische Regelung vermindern läßt.
Q 4.4 Mo 14:45 HS 218
Simultane Frequenz- und Leistungsstabilisierung eines monolithischen Nd:YAG Ringlasers — •Michele Heurs1 , Volker
Quetschke1,2 , Benno Willke1 und Karsten Danzmann1,3 —
1
Institut für Atom- und Molekülphysik, Abteilung Spektroskopie,
Callinstr. 36, 30167 Hannover — 2 University of Florida, Gainesville,
FL 32611, USA — 3 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik,
Albert-Einstein-Institut, Callinstr. 36, 30167 Hannover
Monolitische Nd:YAG Ringlaser (NPRO) sind aufgrund ihrer sehr
guten intrinsischen Rauscheigenschaften prädestinierte Lichtquellen für
Gravitationswellendetektoren. Die hohen Spezifikationen erfordern jedoch zusätzliche aktive Stabilisierung. Der Pumpstrom der Laserdiode ist
dabei ein neuer Aktuator zur Frequenzabstimmung des NPROs (Current
Lock ) [1]. Neben starker Frequenzrauschunterdrückung wird das Leistungsrauschen des Lasers im Current Lock minimal verbessert. Diese
Kopplung zwischen Frequenz und Leistung im NPRO ist größtenteils
thermischer Natur (Transferfunktion Pumpstrom zu Laserfrequenz proportional zu 1/f). Zur Erhöhung der simultanen Rauschunterdrückung
wurde ein single-mode-Laserdioden gepumpter NPRO entwickelt. Der
optimierte Überlapp zwischen Pump- und Lasermode resultiert in simultaner Leistungs- und Frequenzstabilisierung durch direkte Detektion nur
einer der beiden Meßgrößen und Rückkopplung ausschließlich auf den
Pumpstrom. Der Modell-NPRO wird vorgestellt und Ergebnisse der simultanen Frequenz- und Leistungsstabilisierung werden präsentiert.
[1]: Willke et al., Opt. Lett. 25, 1019-1021 (2000)
Q 4.8 Mo 15:45 HS 218
Micro-structured carriers for miniaturized diode-pumped solidstate lasers — •Ralf Koch1, Stefan Bjurshagen2 , Sandra Johansson2 , and Fredrik Laurell2 — 1 Acreo AB, Electrum 236, 164
40 Kista, Sweden — 2Laser Physics and Quantum Optics, Department
of Physics, Royal Institute of Technology, 106 91 Stockholm, Sweden
We have previously reported on the development of a novel and versatile design concept for miniature diode-pumped solid-state lasers. A
silicon microbench with wet-etched V-grooves for the precise alignment
of all components in DPSSL is used to obtain efficient heat removal from
the laser crystal [1]. Using this concept we have achieved miniature lasers
with cw power of 6.7 W, a really amazing performance considering the
lateral dimensions of the laser crystal of just about 1 mm. Recently, we
have expanded this concept to new carrier materials. An interesting example is a polymer encapsulated diode-pumped Nd:YAG laser [2]. Large
production volumes at a very low cost are possible. This development has
been enabled by progress in commercially available polymers with high
thermal conductivity. The latest results from the micro-structured carrier
concept for DPSSL are reported. Passively Q-switched lasers mounted in
a silicon microbench or in a polymer encapsulation are presented. The
Q-switched silicon microbench laser gave an average output power of 2
W in 1.4 ns pulses.
1. Å. Claesson et al.; El. Lett. 36 (5), 443-444 (2000)
2. D. Evekull et al.; El. Lett. 39 (20), 1446-1448 (2003)
Q 4.5 Mo 15:00 HS 218
Vergleichsstudie zur Bestimmung kristallinterner Verluste —
•Susanne T. Fredrich, Philipp B. W. Burmester, Klaus Petermann und Günter Huber — Institut für Laser-Physik, Universität
Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg
Zur Beschreibung der Güte von Lasersystemen werden oft Laserschwelle und differentieller Wirkungsgrad als charakteristische Parameter genannt.
Interne Verluste üben einen direkten und vor allem limitierenden Einfluß auf diese Laserparameter und somit auch auf die Laserausgangsleistung aus. Daher gilt der genauen Kenntnis von internen Verlusten eines
Lasers ein besonderes Interesse.
In der Literatur sind zahlreiche verschiedene Methoden zur Bestimmung von resonatorinternen Verlusten zu finden. Diese Arbeit dient dem
Vergleich folgender drei Verfahren auf der Basis von Nd:YVO4 -4 NiveauLasersystemen: Findlay-Clay-Methode, Caird-Plot und die Methode nach
Clarkson.
Nach ersten Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß das Verfah-
79
Q 5 Ultrakurze Lichtimpulse: Attosekundenpulse
Raum: HS 223
Gruppenbericht
in the output center frequency with input energy and spectral phase,
which has clear implications e.g. for the properties of generated highharmonics.
Q 5.1 Mo 14:00 HS 223
Direct measurement of attosecond pulse trains — •K. Witte1,
P. Tzallas1 , D. Charalambidis2 , N. Papadogiannis2 , and G.
Tsakiris1 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching, Germany — 2 Foundation for Research and Technology - Hellas, Institute of Electronic Structure & Laser, PO Box 1527, GR-711 10 Heraklion (Crete), Greece and Department of Physics, University of Crete,
P.O. Box 2208, GR-71003 Voutes-Heraklion (Crete), Greece
The most widely used method for the pulse duration measurement of
pico- and femtosecond laser pulses is the second-order auto-correlation
(AC) technique, which relies on a non-linear effect induced solely by the
radiation to be characterized. Employing appropriate modifications, we
have succeeded in extending this approach to a coherent superposition of
harmonics thus demonstrating the feasibility of performing second-order
AC measurement with sub-femtosecond XUV pulses. The experimental
results bear direct evidence that a synthesis of five harmonics (7th to
15th) produced in a Xe gas jet gives rise to an XUV signal exhibiting
clear attosecond structure with periodicity twice that of the driving laser
field [1]. While the unique capabilities of this new approach are demonstrated here in performing the first AC measurement of an attosecond
pulse train, the method itself initiates the XUV-pump - XUV-probe studies in sub-femtosecond scale dynamics. References [1] P. Tzallas et al.,
Nature 426, 267(2003)
Q 5.4 Mo 15:00 HS 223
Anwendung einer Quelle für Hohe-Harmonischen Strahlung bei
13 nm Wellenlänge — •Rolf Früke1 , Tobias Witting2, Jörg
Kutzner2 , Helmut Zacharias2 und Thomas Wilhein1 für die Kollaboration — 1 Fachhochschule Koblenz, RheinAhrCampus Remagen,
Südallee 2, D-53424 Remagen — 2 Westfälische Wilhelms-Universität
Münster, Physikalisches Institut, Wilhelm-Klemm-Straße 10, D-48149
Münster
Quellen für Licht im extrem Ultravioletten und weichen Röntgenbereich finden ihre Anwendung in der Lithografie und der Mikroskopie.
Quellen für Strahlung hoher Harmonischer bieten eine Möglichkeit, diesen Spektralbereich auf kleinem Raum im Labor zur Verfügung zu stellen.
Zur Anregung hoher Harmonischer wird ein 1 kHz Ti:Saphir Lasersystem
(∆τ ≈ 30 fs) mit einer Zentralwellenlänge von 800 nm verwendet.
Die Quelle wurde mit Neon bei 13 nm Wellenlänge (61. Harmonische)
betrieben und die Auswirkung auf das Harmonischen Spektrum bei Einstellen eines chirps des fundamentalen Laserpulses beobachtet. Weiter
wurden Experimente zur Abbildung mit einer Zonenplatte in Verbindung mit einem Multilayer-Monochromator durchgeführt. Als Detektor
wurde eine rückseitig gedünnte CCD-Kamera verwendet.
Q 5.2 Mo 14:30 HS 223
Time Resolved Autoionization — •M. Wickenhauser1 , J. Burgdoerfer1 , F. Krausz2 , and M. Drescher3 — 1 Inst. for Theoretical
Physics, Vienna University of Technology — 2 Photonics Inst., Vienna
University of Technology — 3 Faculty of Physics, University of Bielefeld
Recent experiments have succeded in tracing the time evolution of an
Auger decay with a decay time of 8 fs with attosecond resolution. We investigate the feasibility to implement the same pump probe technique to
study time-resolved autoionization. A time-resolved autoionization process is initialized by a short XUV-pump pulse (h̄ω ∼ 50 − 100 eV) in the
presence of a synchronized probe laser pulse (h̄ω ∼ 1.6 eV). Excitation
with the pump pulse opens two interfering paths from the ground state to
the continuum. The time evolution of the coherent superposition of resonant state and continuum is mapped onto a modulation of the electron
spectrum as a function of the time delay between pump and probe pulse.
Without probe laser the spectrum shows the typical Beutler-Fano profile.
In the presence of the probe pulse periodical fluctuations and sidebands
in the energy spectrum provide information about the time evolution of
the autoionization process. Furthermore we have found that in the case
of complex Fanoparameters time-resolved experiments provide more information than time-integral measurements. Possible candidates to test
our predictions are (Super-) Coster Kronig transitions with lifetimes of
the order of 500 as. This method holds the promise to resolve complex
atomic dynamics on the attosecond scale.
Work supported by the Austrian FWF, proj. No. SFB016.
Q 5.5 Mo 15:15 HS 223
Hohe Harmonische als Attosekunden-Probe-Signal für Vibrationsdynamik — •Manfred Lein — Max-Planck-Institut für Physik
komplexer Systeme, Nöthnitzer Straße 38, 01187 Dresden
Moleküle in starken Laserpulsen emittieren hohe Harmonische, d.h.
kohärente UV-Strahlung. Nicht-Born-Oppenheimer-Rechnungen für H2
und D2 zeigen, dass die Emissionsspektren Aufschluss über die laserinduzierte Vibrationsbewegung des Moleküls geben. Unter geeigneten Bedingungen (im Wesentlichen genügend lange Laserwellenlänge) dienen
einzelne Harmonische als Probe-Signale zu unterschiedlichen Zeiten. In
diesem Fall kann die Vibration, genauer die Autokorrelationsfunktion des
Vibrationswellenpakets, auf einer Sub-Femtosekunden-Zeitskala verfolgt
werden.
Q 5.6 Mo 15:30 HS 223
Towards Attosecond Half-Cycle Pulses — •Emil Persson1 , Severin Puschkarski1 , Xiao-Min Tong2 , and Joachim Burgdörfer1
— 1 Institute for Theoretical Physics, Vienna University of Technology —
2
Department of Physics, Kansas State University
Present techniques for producing half-cycle pulses (HCP) are limited
to widths of 500fs, which limits impulsely shaping and manipulating of
wave packets to Rydberg states n 1. We theoretically analyze a protocol for producing HCP in the attosecond regime [1]. Such pulses in
a pump-probe setting would allow to impulsely drive, probe, shape and
control electronic wave functions near the ground state [2].
We study the harmonics generated by the non-linear interaction of an
atom with strong two-color fields (HHG) in single atom response. To
form HCP, the phases of all harmonics, starting from the fundamental,
should be aligned. Varying the strength and amplitudes of the two-color
driving field, we find that it is possible to align the phases of the lowest
harmonics up to the energy necessary to excite the first higher state. For
helium we find HCP with a width as short as 280as.
Depending on the length and carrier-envelope phase of the driving field,
we find (a) trains consisting of hundreds of HCP, (b) single HCP with
only small side-wings, and (c) trains consisting of two HCP with variable strengths and delay between the pulses. The findings (b, c) imply
possibilities for attosecond impulsive pump-probe experiments.
Work supported by the Austrian FWF under contract No. SFB-016
Q 5.3 Mo 14:45 HS 223
Single-shot dynamics of pulses from a gas-filled hollow fiber —
•Jens Biegert, Mathis Bruck, Wouter Kornelis, Florian Helbing, Christoph Hauri, and Ursula Keller — Physik Department,
Swiss Federal Institute of Technology (ETH), Zürich, Switzerland
Gas-filled hollow fibers are indispensable to generate high-energy fewcycle pulses as e.g. required for the generation of single attosecond XUV
pulses. The generation is extremely sensitive to the pulse parameters
and therefore we have measured, single-shot, simultaneously and at 1
kHz: the input and output energies and spectra together with the input
beam pointing and fully characterized the input pulse with SPIDER. Preliminary results show, with negligible beam pointing fluctuations of 0.3
strongly varying broadened output spectrum exhibiting significant shifts
80
Q 6 Gruppenberichte Fallen und Kühlung
Raum: HS 224
Gruppenbericht
[1]
[2]
[3]
[4]
Q 6.1 Mo 14:00 HS 224
Cavity cooling of a single atom. — •P. Maunz, T. Puppe,
I. Schuster, N. Syassen, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748
Garching, Germany
All conventional methods to laser cool atoms rely on repeated cycles of
optical pumping followed by dissipation through spontaneous emission in
order to remove entropy from the system. Hence they are only applicable
to atoms with a nearly closed optical transition. Recently a new cooling
mechanism for a single atom strongly coupled to the mode of a highfinesse cavity was predicted [1,2]. In the atom-cavity system photons lost
from the cavity can substitute for spontaneous emission from the atom.
We observe cavity cooling of a single Rb atom in an intracavity dipole
trap by a weak blue-detuned cavity field strongly coupled to the atom.
Cavity cooling extends the storage time of a single atom by a factor of
two. The observed cooling force is at least 5 times larger than the force
achieved for free-space cooling methods [3] with equal excitation of a twolevel atom. In the future, cavity cooling could be used to cool molecules
without a closed transition, collective excitations of a Bose condensate,
or even the motion of an atom carrying a quantum bit.
[1] P. Horak, G. Hechenblaikner, K.M. Gheri, H. Stecher, and H. Ritsch,
Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997).
[2] V. Vuletić and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[3] J. Dalibard, and C. Cohen-Tannoudji, J. Opt. Soc. Am. B 2, 1707
(1985).
S. Kuhr et al., Science 293, 278 (2001)
S. Kuhr et al., Phys. Rev. Lett. 91, 213002 (2003)
Y. Miroshnychenko et al., Optics Express [in print]
D. Schrader et al., in preparation
Gruppenbericht
Q 6.3 Mo 15:00 HS 224
Optical Bistability and Collective Behavior of Atoms in a High
Finesse Ring Cavity — •Thilo Elsässer, Boris Nagorny, Julian Klinner, Malik Lindholdt, and Andreas Hemmerich —
Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149,
22761 Hamburg
We report on collective non-linear dynamics in an optical lattice formed
inside a high finesse ring cavity in a so far unexplored regime, where the
light shift per photon times the number of trapped atoms exceeds the
cavity resonance linewidth. In this regime the otherwise tiny retro-action
of the moving atoms upon the light field becomes a significant feature of
the system. This yields an inherently collective nature of the atomic motion and a corresponding non-linear behavior of the optical intra-cavity
field. We observe dispersive optical bistability and self–induced breathing oscillations resulting from the retro–action of the atoms upon the
optical potential wells. We can well understand most of our observations
within a simplified model assuming adiabaticity of the atomic motion.
Non-adiabatic aspects of the atomic motion are reproduced by solving
the complete system of coupled non–linear equations of motion.
Gruppenbericht
Q 6.4 Mo 15:30 HS 224
Selbstsynchronisation in einem Netzwerk kollektiv gekoppelter
Atome — •Philippe W. Courteille, Christoph von Cube, Sebastian Slama, Dietmar Kruse, Benjamin Deh und Claus Zimmermann — Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der
Morgenstelle 14, D-72076 Tübingen
Netzwerke global gekoppelter Oszillatoren können Phasenübergänge
von inkohärenten zu kohärenten Zuständen vollziehen [1]. Atome
die mit gegenläufigen Moden in einseitig gepumpten HochfinesseRingresonatoren wechselwirken bilden solche global gekoppelten
Netzwerke. Der Kopplungsmechanismus beruht auf dem kollektiven
atomaren Rückstosslaser (CARL), d.h. kooperativer Bragg-Streuung
von Laserlicht an einem atomaren Dichtegitter, das von dem Laserlicht
selbst induziert wird [2]. Unter dem Einfluss einer zusätzlichen
Reibungskraft vollzieht das atomare Ensemble einen Phasenübergang zu
einem Zustand synchronisierter atomarer Bewegung [3]. Wir berichten
über die experimentelle und theoretische Charakterisierung dieses
Phasenübergangs.
[1] S.H. Strogatz, Nature 410, 268 (2001)
[2] R. Bonifacio et al., Nucl. Instrum. Methods 341, 360 (1994)
[3] D. Kruse, C. von Cube, C. Zimmermann, Ph.W. Courteille, Phys.
Rev. Lett. 91, 183601 (2003)
Gruppenbericht
Q 6.2 Mo 14:30 HS 224
Realization of a Quantum Register with Individual Neutral
Atoms — •Dominik Schrader, Igor Dotsenko, Yevhen Miroshnychenko, Mkrtych Khudaverdyan, Wolfgang Alt, Stefan
Kuhr, Arno Rauschenbeutel, and Dieter Meschede — Institut
für Angewandte Physik; Wegelerstrasse 8; 53115 Bonn
The control of all internal and external degrees of freedom of cold single
atoms has been a focus of our research group for the past decade. Recently, we have experimentally solved the problem of manipulating each
individual atom within a string of several atoms.
For this purpose, we trap a small number of Caesium atoms in a standing wave optical dipole trap. The string of stored atoms serves as a quantum register. Each atom is individually prepared in a desired arbitrary
quantum state using microwave transitions within a magnetic field gradient, in analogy to MRI techniques. The spatial resolution of this scheme
is equal to the optical resolution of our imaging system of about 2 µm.
We have also improved the absolute position control of the stored
atoms to submicrometer precision using our optical conveyor-belt [1,2].
In addition, the controlled motion of one atom or a string of atoms is
continuously observed in real-time [3].
The realization of this quantum shift register [4] is a prerequisite for
quantum information processing with neutral atoms.
Q 7 Quantenkommunikation
Raum: HS 101
Q 7.1 Mo 16:30 HS 101
Freiraum-Quantenkryptographie — •Tobias Schmitt-Manderbach1 , Henning Weier1 , Christian Kurtsiefer1,2 und Harald
Weinfurter1,3 — 1 Sektion Physik der LMU München, Schellingstr.
4/III, 80799 München — 2Department of Physics, National University of
Singapore, 2, Science Drive 3, Singapore 117542 — 3 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Quantenkryptographie erlaubt beweisbar sicheren Schlüsselaustausch
für symmetrische Verschlüsselungsalgorithmen unter Ausnutzung der Gesetze der Quantenmechanik. Versucht ein Abhörer die Verbindung zu
belauschen, so muß er Messungen am System vornehmen, die es nicht
unbeeinflußt lassen. Dadurch läßt sich im Nachhinein durch öffentliche
Kommunikation feststellen, ob und wieviel Information dem Abhörer maximal zur Verfügung stehen.
Nachdem in vergangenen Experimenten der Schlüsselaustausch über
23.4 km demonstriert, und damit auch die Zuverlässigkeit der kompakten Sende- und Empfangsmodule gezeigt werden konnte [1], ist nun ei-
ne innerstädtische Verbindung zur Demonstration praktikabler Quantenkryptographie aufgebaut worden. Für die permanent installierte, fernsteuerbare Anlage wurden alle benötigten Komponenten den neuen Anforderungen angepaßt. Wir berichten von der Inbetriebnahme und ersten Tests, die Aussagen über die Praktikabilität eines freiraumoptischen
Quantenkryptographie-Systems zulassen.
[1] Ch. Kurtsiefer, P. Zarda, M. Halder, H. Weinfurter, P.M. Gorman,
P.R. Tapster, J.G. Rarity, Nature 419, 450 (2002)
Q 7.2 Mo 16:45 HS 101
Practical quantum key distribution: On the security evaluation
with inefficient single-photon detectors — •Marcos Curty and
Norbert Lütkenhaus — Institut für Theoretische Physik I, Staudtstr.
7/B3, Universität Erlangen-Nürnberg, 91058 Erlangen, Germany
Quantum Key Distribution with the BB84 protocol has been shown
to be unconditionally secure even using weak coherent pulses instead of
single-photon signals. The distances that can be covered by these meth81
There is a set of simple criteria to decide whether a given projection
measurement can be, in principle, exactly implemented solely by means
of linear optics utilizing photon counting or homodyne detections [1].
The linear-optics toolbox includes auxiliary photons and conditional dynamics, i.e., the adjustment of subsequent linear-optics transformations
of the conditional states after measuring a first mode. Here we add more
tools such as phase-space displacements and squeezing and incorporate
them into the criteria. This enables one to treat important measurements
for quantum communication in the continuous-variable regime where the
signal states have an unfixed and unbounded photon number. We further discuss the extension of our approach to generalized measurements
(POVM’s).
[1] P. van Loock, N. Lütkenhaus, PRA (in press), quant-ph/0304057.
ods are limited due to the loss in the quantum channel (e.g. loss in the
optical fiber) and in the single-photon counters of the receivers. One can
argue that the loss in the detectors cannot be changed by an eavesdropper in order to increase the covered distance. Here we show that the
security analysis of this scenario is not as easy as is commonly assumed,
since already two-photon processes allow eavesdropping strategies that
outperform the known photon-number splitting attack. For this reason
there is, so far, no satisfactory security analysis available in the framework of individual attacks.
[1] B. Huttner, N. Imoto, N. Gisin and T. Mor, Phys. Rev. A 51, 1863
(1995); H. Inamori, N. Lütkenhaus and D. Mayers, quant-ph/0107017.
[2] M. Curty and N. Lütkenhaus, quant-ph/0311066.
Q 7.3 Mo 17:00 HS 101
Robustness of the BB84 Quantum Key Distribution Against
Collective Attacks — •Georgios Nikolopoulos and Gernot Alber — Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, D-64289 Darmstadt
Quantum key distribution protocols exploit quantum correlations in
order to establish a secure key between two legitimate users. Recent work
on quantum cryptography [1-3] has revealed a remarkable link between
quantum and secret correlations. So far, it is not known, however, what is
the maximum disturbance (upper robustness bound) up to which Alice
and Bob can share non-classical correlations and what an eavesdropper can achieve by employing an appropriately optimized strategy. We
present recent results concerning these upper robustness bounds for the
BB84 protocol under the assumption of general coherent eavesdropping
strategies.
/1/ M. Curty, M. Lewenstein, and N. Lütkenhaus, quant-ph/0307151
(2003).
/2/ A. Acin and N. Gisin, quant-ph/0310054 (2003).
/3/ A. Acin, L. Masanes, and N. Gisin, Phys. Rev. Let. 91, 167901 (2003).
Q 7.7 Mo 18:00 HS 101
Experimental
quantum
communication
complexity —
•Pavel Trojek1,2 , Christian Schmid1,2, Mohamed Bourennane1,2 , Marek Žukowski3 , and Harald Weinfurter1,2 —
1
Ludwig-Maximilians-Universität, D-80797 München, Germany —
2
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching, — 3 Instytut
Fizyki Teoretycznej i Astrofizyki Uniwersytet Gdański, PL-80-952
Gdańsk, Poland
Quantum communication complexity is one of the promising applications in quantum information processing. It tackles the problem of
communication reduction during distributed computation tasks by the
utilization of quantum effects.
We report on the experimental realization of one-qubit communication
complexity protocol, in which five parties must determine in common
the correct value of a specific Boolean function with the highest possible
probability of success. This function depends on personal random data
distributed initially to each party. To accomplish the task the parties can
communicate sequentially only one qubit.
The protocol is implemented using single photon passing through all
parties and the last one performs an analysis of a photon polarization
state. The personal information of each party is encoded via a phase
transformation to the photon state. For a fair comparison with classical
one-bit protocol, no experimental runs are discarded, even if the detection of photon fails. The obtained results enabled us to demonstrate for
the first time the superiority of quantum communication over its classical
counterpart for a broad class of distributed computation tasks.
Q 7.4 Mo 17:15 HS 101
Multiplexed quantum cryptography with cascaded photons
from a single quantum dot — •Thomas Aichele1 , Valéry
Zwiller2 , Gaël Reinaudi1 , and Oliver Benson1 — 1 HumboldtUniversität zu Berlin, Nano-Optik — 2Ecole Polytechnique Fédérale de
Lausanne, Switzerland
Efficient generation of single photons is an important task for modern quantum technology such as quantum computation and quantum
cryptography. In quantum cryptography with single photon sources the
transition lifetime limits the maximum achievable transmission rate of
quantum bits.
Here we present and demonstrate a method to further enhance the
effective transmission rate by using multiplexing similar as in classical
communication channels. This method relies on cascaded multi-photon
emission that is observed in single InP quantum dots (QDs). Cross correlations between different photoluminescence spectral lines prove the excistence of this cascade and also reveal their dynamics. Auto-correlation
measurements on both the individual spectral lines as on the multiplexed
signal show single photon statistics. As a proof of principle we implemented a BB84 quantum cryptography setup using this multiplexing
technique.
Q 7.8 Mo 18:15 HS 101
Breaking entanglement in noisy channels — •Thomas Konrad1 ,
Jürgen Audretsch1 , and Lajos Diosi2 — 1 Fachbereich Physik
Universität Konstanz — 2 Research Institute for Particle and Nuclear
Physics, Budapest
How noisy is a quantum communication channel allowed to be before
it completely destroys the entanglement between two quantum systems,
one of which traverses the channel? We address this question by relating
a rather abstract criterion [1] for entanglement breaking maps to a quantity which characterizes the channel noise . On the way some properties
of entanglement breaking maps are reviewed.
[1] M. Horodecki, P.W. Shor and M.B.Ruskai, ”Entanglement Breaking
Channels” quant-ph/0302031
Q 7.9 Mo 18:30 HS 101
Quantum Cellular Automata and the Capacity of Quantum
Channels with Memory — •Dennis Kretschmann, Dirk
Schlingemann, and Reinhard F. Werner — Institut für Mathematische Physik, Technische Universität Braunschweig, Mendelssohnstr.
3, 38106 Braunschweig, Germany
Any processing of quantum information, be it storage or transfer, can
be represented by a quantum channel. Quantum channel capacity expresses quantitatively how much quantum information can be stored in
a physical device, or sent down a transmission line: it is the maximal
number of qubit transmissions per use of the channel, taken in the limit
of long messages.
Up to now most of the work on quantum channels has focused on
memoryless channels, which are characterized by the requirement that
successive channel inputs are acted on independently. In many real-world
settings this assumption cannot be justified. In this talk we show how to
describe and characterize quantum channels with memory, emphasizing
and exploiting connections with the theory of quantum cellular automata
and the physics of spin chains.
Q 7.5 Mo 17:30 HS 101
A Compact Source for Polarization Entangled Photon Pairs
— •Hannes Böhm1 , Andreas Poppe1 , Markus Aspelmeyer1 ,
Thomas Jennewein1 , and Anton Zeilinger1,2 — 1 Institut fuer Experimentalphysik, University of Vienna, Austria — 2 Institute for Quantum Optics and Quantum Information, Austrian Academy of Sciences
We present a compact source for polarization-entangled photon pairs
based on spontaneous parametric down-conversion (SPDC). Its small
size, low power consumption and high efficiency make it a versatile tool
for quantum communication experiments. In a recent outdoor experiment
it was used to demonstrate the distribution of entanglement between two
independent observers separated by 600m using optical free space links.
Q 7.6 Mo 17:45 HS 101
Measurements for quantum communication using linear
optics — •Philippe Raynal, Peter van Loock, and Norbert
Lütkenhaus — Institut für Theoretische Physik I, Universität
Erlangen-Nürnberg, Staudtstrasse, 7/B1 91058 Erlangen, Deutschland
82
Q 8 Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen II
Raum: HS 204
Q 8.1 Mo 16:30 HS 204
Kontinuierliches Vier-Wellen-Mischen mit elekromagnetisch induzierter Transparenz im Bereich von Lyman-Alpha — •Birgit
Henrich, Peter Fendel, Jochen Walz und Theodor W. Hänsch
— Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1,
85748 Garching
Die Konversionseffizienz von Vier-Wellen-Mischprozessen (FWM) kann
durch elektromagnetisch induzierte Transparenz (EIT) wesentlich verbessert werden. Von Experimenten mit gepulsten Lasern ist die Erhöhung
der nichtlinearen Suszeptibilität bei verringerter Absorption auf einer
Ein-Photonenresonanz bekannt. Mit kontinuierlichen Lasern konnten bisher sowohl EIT als auch FWM gezeigt werden. Beide Prozesse wollen
wir kombinieren, um für zukünftige Experimete mit Antiwasserstoff die
Ausgangsleistung unserer Lyman-Alpha-Quelle bei 121,56 nm weiter zu
erhöhen.
Wir erzeugen Lyman-Alpha-Strahlung durch Summenfrequenzmischung im Leiterschema, wobei EIT die Nutzung von Ein-PhotonenResonanzen des nichtlinearen Mediums ermöglicht. Dabei übernimmt einer der Fundamentalstrahlen die Rolle des stark koppelnden Lasers und
bewirkt eine AC-Stark-Aufspaltung der beteiligen Zustände. Die Theorie
und erste experimentelle Ergebnisse werden vorgestellt.
Q 8.4 Mo 17:15 HS 204
Erzeugung von Nanosekundenpulsen im UV-A Regime mit einem bei 266 nm gepumpten optisch parametrischen Oszillator — •Ann-Kathrin Kniggendorf1 , Merve Meinhardt1 , Ronald Krebs1 , Holger Lubatschowski2 und Angelika Anders1
— 1 Institut für Biophysik, Universit/ät Hannover, Herrenhäuser Str. 2,
30419 Hannover — 2 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419
Hannover
Im UV-Bereich durchstimmbare Laserquellen sind für Untersuchungen
zu den photobiologischen Wirkungen terrestrischer UV-Strahlung (290
- 400 nm) von besonderem Interesse. Die von uns theoretisch beschriebene und gebaute parametrische Quelle (OPO) ist im Gegensatz zu den
häufig anzutreffenden Farbstofflasersystemen ein reiner Festkörperaufbau
und von 315 - 400 nm kontinuierlich durchstimmbar. Sie basiert auf BBO
Typ I in einer 3-Spiegel-Ringcavity, singly resonant ausgelegt für das Signal, die mit einem frequenzvervierfachten Nd:YAG Laser bei 266 nm gepumpt und über die Winkelabhängigkeit der inversen Summenfrequenzgenerierung (iSFG) durchgestimmt wird. Der OPO liefert UV-A Nanosekundenpulse, die für optoaktustische Messungen an Humanhaut in vivo
eingesetzt werden.
Q 8.5 Mo 17:30 HS 204
Kontrolle von Superkontinuum — •Wendel Wohlleben1 , Diana Türke2 , Harald Giessen2 und Marcus Motzkus1,3 — 1 MPI
für Quantenoptik, Garching — 2 Angewandte Physik, Universität Bonn
— 3 Physikalische Chemie, Philipps-Universität Marburg
Superkontinuum aus mikrostrukturierten Fasern ist eine Quelle extrem
breitbandiger, kohärenter Strahlung [1]. Der Mechanismus seiner Entstehung wird hier mit Methoden der kohärenten Kontrolle untersucht, indem
geformte Femtosekunden-Impulse in getaperte Fasern eingekoppelt werden. Der Vergleich ungeformter und gezielt geformter Anregung bestätigt
das theoretische Modell eines sequentiellen Mechanismus über optische
Solitonen [2]. So kann durch Vor- und Überkompensation der Dispersion
einerseits die Spaltung der Solitonen mitverfolgt werden. Andererseits
kann durch optimal geformte Impulse die Kopplung solitonischer und
sichtbarer, nicht-solitonischer Strahlung direkt nachgewiesen werden.
[1] P.S.J. Russel, Science, 299 (2003) 358.
[2] A.V. Husakou, J. Herrmann, Phys. Rev. Lett., 87 (2001) 203901.
Q 8.2 Mo 16:45 HS 204
Raman-Festkörperlaser im nahinfraroten und augensicheren
Spektralbereich — •Hanjo Rhee1 , Gad Gad1 , Thomas Riesbeck1 , Alexander Kaminskii2 und Hans-Joachim Eichler1 —
1
TU Berlin, Optisches Institut, Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin
— 2 Institute of Crystallography, Russian Academy of Science, 117333
Moscow, Russia
Die stimulierte Raman-Streuung (SRS) führt zu Frequenzverschiebungen bis 3000 cm−1 und erweitert damit die Anzahl der Emissionswellenlängen aktueller Festkörperlaser. Raman-Konverter können sowohl durch Einzelpass-SRS, als auch durch Raman-Laser mit externem
oder internem optischen Pumpsystem realisiert werden. Mit Pumpwellenlängen von 1,06 und 0,532 µm konnte effiziente Raman-Streuung in
über 50 verschiedenen Kristallen nachgewiesen werden, bei denen insgesamt über 900 Raman-Linien beobachtet wurden. Die erzeugten RamanLinien decken den infraroten, sichtbaren und nahen UV Spektralbereich
ab.
Zudem sind Festkörper Raman-Laser mit Wellenlängen kürzer als die
des Pumpstrahls verfügbar. Es wurde ein anti-Stokes-Raman-Laser erster Ordnung mit Bariumnitrat entwickelt. Die Emissionswellenlänge liegt
bei 957 nm, entsprechend der Energie des ramanaktiven Phonons von
ω R = 1047 cm−1 bei einer Pumpwellenlänge von 1064 nm. Es wurde eine
maximale Umwandlungseffizienz von 4,7 % erzielt.
Q 8.6 Mo 17:45 HS 204
Rauschmechanismen während der Superkontinuumserzeugung
mit fs und ps Pulsen — •Thomas Schreiber, Fabian Röser,
Holger Zellmer und Andreas Tünnermann — Friedrich-SchillerUniversität Jena, Institut für angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1,
07743 Jena
In hochnichtlinearen photonischen Kristallfasern besteht durch die Mikrostrukturierung des Kerns mit luftgefüllten Löchern die Möglichkeit,
durch Wellenleiterdispersion die Gesamtdispersion zu verschieben. Für
Quarzglas kann damit der Dispersionsnullpunkt in den sichbaren Bereich
geschoben werden. Zusätzlich dazu weisen diese Fasern eine hohe Nichtlinearität aufgrund des kleinen Kerns auf. Durch die Kombination dieser
beiden Effekte ist es möglich extrem breite Spektren durch Anregung mit
kurzen Pulsen zu erzeugen. Die resultierenden Spektren können mehrere
Oktaven breit sein. Experimente und Simulationen haben gezeigt, dass
diese Spektren weder stabil noch kohärent sind. Eine Ursache hierfür ist
das mit den Anregungspulsen eingebrachte Intensitäts- und Phasenrauschen, das durch die Verbreiterungsmechanismen verstärkt wird. Weiterhin führen diese Mechanismen selbst zu einem intrinsischen Rauschen
durch Photonenfluktuationen. Mittels Simulationen werden diese Mechanismen bei verschiedenen Anregungsparametern quantifiziert. Messungen
des Intensitätsrauschens zeigen eine Abhänigkeit von Pulsenergie und
Pulsdauer für eine bestimmte erreichte spektrale Breite. So scheint es
für ps-Pulse ein reduziertes Rauschen bei gleicher spektraler Breite im
infraroten Spektralbereich zu geben, der für Anwendungen wie Optische
Kohärenztomographie interessant ist.
Q 8.3 Mo 17:00 HS 204
Lichtverstärker (Raman-Konverter) basierend auf der stimulierten Raman-Streuung (SRS) bei 935 nm für das WALESProjekt — •Guido Mann, Thomas Riesbeck, Gad Gad, Hanjo
Rhee und Hans-Joachim Eichler — TU Berlin, Optisches Institut,
Straße des 17. Juni 135, 10623 Berlin
Im Rahmen des WALES-Projektes (Water Vapour Lidar Experiment in Space) werden verschiedene Lasersysteme zur Erzeugung von
gepulster Laserstrahlung im Wellenlängenbereich von 935 nm untersucht. Am Optischen Institut der TU Berlin finden hierzu Untersuchungen statt, um mit Hilfe der stimulierten Raman-Streuung (SRS)
einen Raman-Verstärker auf zu bauen, der die für die Absorptionsmessung notwendige Laserstrahlung erzeugt, indem die Emission eines
Seed-Lasers verstärkt wird. Hierfür bieten sich insbesondere Nd-dotierte
Wirtsmaterialien als aktive Medien für den Pumplaser an, dessen Strahlung durch die Wahl eines geeigneten Raman-Mediums spektral verschoben wird. Der Vortrag stellt die Anforderungen an das Lasersystem
im WALES-Projekt vor, präsentiert die physikalischen Grundlagen der
Raman-Verstärkung und diskutiert anhand der Differenzialgleichungen
die möglichen Verstärkungsfaktoren von bis zu 106 . Darüber hinaus werden die geplanten Experimente und erste Ergebnisse diskutiert.
83
Q 9 Festkörper- und Halbleiterlaser
Raum: HS 218
Q 9.1 Mo 16:30 HS 218
Photo-Physical and Lasing Characterisation of Neat Films of
a Thianthren-Phenyl-Vinylene-Paraphenylene Dye — •Alfons
Penzkofer1 , Wolfgang Holzer1 , Hans-Heinrich Hörhold2 , and
ernst-Eberhard Kley3 — 1 Institut II -Experimentelle und Angewandte Physik, Universität Regensburg, Universitätsstrasse 31, 93053
Regensburg — 2 Institut für Organische Chemie und Makromolekulare
Chemie der Universität Jena, Humboldtstrasse 10, 07743 Jena —
3
Institut für Angewandte Physik, Friedrich-Schiller Universität Jena,
Max-Wien Platz 1, 07743 Jena
Wave-guided travelling-wave laser action and distributed-feedback
laser action in neat thin films of a thianthrene-phenyl-vinyleneparaphenylene (TPVPP) dye on glass substrates and corrugated gratings have been achieved by optical excitation with picosecond laser pulses
(wavelength 347.15 nm, duration 30 ps). The dye is a model compound of
paraphenylenevinylene polymers. The travelling-wave laser emits at 544
nm. The threshold pump pulse energy is about 60 nJ. The distributedfeedback laser is wavelength tunable in the range from 520 nm to 580 nm
by variation of the groove spacing and the film thickness. The refractive
index and absorption cross-section spectra of the films are determined by
reflectance and transmission measurements. The fluorescence behaviour
of TPVPP neat films and TPVPP solutions was analysed. A fluorescence quantum yield of about 0.6 is found for both TPVPP neat films
and TPVPP in 1,4-dioxane.
Q 9.4 Mo 17:15 HS 218
Leistungsskalierung von Faserverstärkern durch kohärentes
Koppeln — •Sven Höfer, Holger Zellmer und Andreas
Tünnermann — Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für
Angewandte Physik, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Schmalbandige Lichtquellen finden breite Anwendung in der Kommunikationstechnik, Spektroskopie und als Pumpquellen für die Frequenzkonversion. Höhere Ausgangsleistungen im Bereich über 100W bei beugungsbegrenzter Strahlqualität lassen sich mittels faserbasierten MOPA–
Systemen sehr einfach, kostengünstig und kompakt realisieren. Bei Verwendung von aktiv dotierten Single–Mode–Fasern ist man allerdings
durch das Auftreten von nichtlinearen Effekten, hauptsächlich stimulierter Brillouinstreuung (SBS), in der Ausgangsleistung begrenzt. Die Verwendung von Large–Mode–Area (LMA) Fasern erlaubt neben anderen
Techniken eine Leistungsskalierung durch Erhöhung der Brillouinschwelle. Der parallele Einsatz mehrerer Verstärker macht es weiterhin möglich,
mittels der Methode des kohärenten Koppelns, das Auftreten von SBS
weiter zu größeren Leistungen hin zu verschieben.
Der verwendete Mach–Zehnder–Aufbau dient zur Kopplung je zweier
Verstärker, die sich in den Armen des Interferometers befinden. Ein monolithischer Ringlaser wird als Signalquelle mit Emission bei 1064 nm
verwendet. Die Phasendifferenz zwischen zwei Verstärkern wird durch
eine Regelelektronik in Seitenbandtechnik mittels elektrooptischer Phasenmodulatoren korrigiert. Details zum Aufbau, zur erfolgten Leistungsskalierung und zur Verstärkung und Regelung werden vorgestellt.
Q 9.2 Mo 16:45 HS 218
Emissionsdynamik
von
Festkörperlasern:
Modellierung
räumlich inhomogener Verstärkung — •Oliver Back, Christoph Czeranowsky, Klaus Sengstock und Valeri Baev —
Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149,
22761 Hamburg
Das Verständnis der komplexen nichtlinearen Verstärkungsmechanismen
ist für das Design moderner Festkörperlaser unerläßlich. So führt die
Sättigung der Inversion durch die stehenden Lichtwellen eines
Vielmodenlasers zu räumlicher Inhomogenität der Verstärkung in
longitudinaler und in azimutaler Richtung und damit zur Entstehung
von Relaxationsoszillationen [1]. Diese beeinflussen entscheidend die
Stabilität und das Rauschen der Laser. Wir haben ein Ratengleichungsmodell entwickelt, das die Modendynamik eines Festkörperlasers mit
einer beliebigen Zahl der angeregten Moden und Polarisationen und mit
einer beliebigen Länge des Verstärkers im Resonator simulieren kann.
Die numerischen Lösungen beschreiben sehr gut die Modendynamik
eines Vielmodenlasers und zeigen u.a., dass die Frequenz der Hauptrelaxationsoszillationen von dem bekannten Wert für Einmodenlaser [1]
stark abweichen kann. Regelung der Pumpleistung erlaubt eine deutliche
Reduzierung des Emissionsrauschens des Lasers.
[1] B. Peters, J. Hünkemeier, V. Baev, Y. Khanin, Phys. Rev. A 64,
023816 (2001)
Q 9.5 Mo 17:30 HS 218
Inkohärente Kopplung von Halbleiterlaserbarren — • Andreas
Jechow, Volker Raab und Ralf Menzel — Universität Potsdam,
Institut für Physik/Lehrstuhl Photonik, Am Neuen Palais 10 14469 Potsdam
Halbleiterlaserbarren besitzen hohe Ausgangsleistungen bei sehr gutem Wirkungsgrad und kleinen Abmessungen. Jedoch sind sie aufgrund
ihrer schlechten Strahlqualität für bestimmte Anwendungen (z. B. MikroMaterialbearbeitung, Drucktechnik) ungeeignet.
Hier wird ein externer Resonator für einen 25 Emitter-BreitstreifenLaserbarren (die Frontfacette ist AR-beschichtet) vorgestellt. Mit Hilfe von Beugungsgittern werden die Emitter einzeln frequenzstabilisiert,
inkohärent gekoppelt und danach zu einem Strahl zusammenführt. Das
Verfahren kann am ehesten als “Wavelength-Multiplexing” im Resonator
beschrieben werden.
Der Resonator setzt sich im Wesentlichen aus einem FAC zur Kollimation der “fast-axis”, 2 Zylinderlinsen und 2 Reflexionsgittern, die im
Littrow-Aufbau angeordnet sind, zusammen.
2
Es werden cw-Ausgangsleistungen von 10 W bei Mslow
< 12 und
2
Mfast
< 3 bei einer Bandbreite von 15 nm erreicht. Das entspricht einer 40-fachen Verbesserung der “Brightness” gegenüber dem Laserbarren
ohne externen Resonator (40 W bei M 2 ≈ 2000).
Q 9.3 Mo 17:00 HS 218
All solid-state intra-cavity Raman-Laser bei 1.53 µm —
•Karsten Scholle, Eugen Osiac, Ernst Heumann und Günter
Huber — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany
Nichtlineare Frequenzkonversion mittels stimulierter Raman-Streuung
(SRS) ist eine gute und effiziente Möglichkeit mit vorhandenen Lasern
neue Wellenlängenbereiche zu erschließen.
Wir zeigen einen im Rahmen des EU-Projektes I-WAKE realisierten
intra-cavity Raman-Laser bei 1.55 µm. Dazu wird ein BaWO4 -Kristall
in einen akusto-optisch gütegeschalteten Nd:YAG Laser eingefügt. Der
verwendete Nd:YAG Laser wird mit einer fasergekoppelten Laserdiode
bei 808 nm angeregt und emittiert bei 1.36 µm. Der Laser erreicht bei
einer Wiederholrate von 500 Hz und einer Auskopplung von 11.5% eine
Pulsenergie von 1 mJ bei einer Pulsbreite von 180 ns. Mit dem BaWO4 Kristall in einem Resonator ohne Auskopplung bei 1.36 µm wird SRS bei
1.55 µm beobachtet, wobei die Raman-Pulse eine Breite von 60 ns aufweisen. Im Vortrag wird insbesondere über die Optimierung der Parameter
des Raman-Lasers bei Anregungsbreiten von mehreren 100 ns (notwendig
für die Messtechnik des LIDAR-Projektes) berichtet.
Q 9.6 Mo 17:45 HS 218
Time-varying elliptically polarized states in vertical-cavity
surface-emitting lasers — Markus Sondermann1 , •Thorsten
Ackemann1 , Salvador Balle2 , and Josep Mulet2 — 1 Institut
für Angewandte Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster,
Corrensstr. 2-4, 48149 Münster, Germany — 2 Instituto Mediterráneo
de Estudios Avanzados (IMEDEA), Universitat de les Illes Balears,
E-07071 Palma de Mallorca, Spain
The polarization dynamics of vertical-cavity surface-emitting lasers
(VCSELs) has been debated intensively over the past years. In this contribution, we focus on elliptically polarized time-varying, i.e. dynamical
states (DS). These states occur in the vicinity of a polarization switching (PS) event from the fundamental polarization mode with the longer
wavelength to the mode with shorter wavelength and orthogonal linear
polarization [1,2].
The properties of these states are studied experimentally and theoretically in dependency on parameters (current and ambient temperature)
and strain conditions. A direct manifestation of the DS in the time domain is found by oscillations of the polarization components at a frequency of a few gigahertz. For the theoretical interpretation an extended
version of the so-called spin-flip model is used, which takes into account
explicitly the spin degrees of freedom of the light field and of carriers in
84
auf das Intensitätsrauschen und die Korrelationseigenschaften untersucht
und im Zusammenhang mit den Eigenschaften sowie möglicher Anwendungen der RCLEDs diskutiert.
the semiconductors quantum wells [2].
[1] J. Martı́n-Regalado et al., IEEE J. Quantum Electron. 33, 765 (1997);
T. Ackemann, and M. Sondermann, Appl. Phys. Lett. 78, 3574 (2001).
[2] S. Balle et al., Opt. Lett. 24, 1121 (1999).
Q 9.8 Mo 18:15 HS 218
GaSb–basierende Diodenlaser im externen Resonator um
2130 nm — •Ulf Henning Jacobs1 , Karsten Scholle1 , Ernst
Heumann1 , Marcel Rattunde2 , Joachim Wagner2 und Günter
Huber1 — 1 Institut für Laser–Physik, Universität Hamburg, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg — 2 Fraunhofer–Institut für Angewandte
Festkörperphysik, Tullastraße 72, 79108 Freiburg
GaSb–basierende Diodenlaser emittieren bei Raumtemperatur im Wellenlängenbereich von 1900–2400 nm und stellen insbesondere für Spektroskopieanwendungen aufgrund der erreichbaren cw–Ausgangsleistungen
von z. Z. bis zu 1,7 W eine leistungsfähige und kostengünstige Alternative zu den bisher verwendeten Thulium bzw. Holmium Festkörperlasern
sowie den Bleisalzlasern dar. Neben der Realisierung einer leistungsstarken Spektroskopielaserquelle war auch die Entwicklung einer Seedquelle
für atmosphärische Freistrahlanwendungen im augensicheren Spektralbereich Motivation für die hier vorgestellten Experimente.
Um einen stabilen single–mode Betrieb zu gewährleisten, erfolgt der Betrieb der Diodenlaser in einem externen Resonator mit
zwei Intracavity–Etalons. In Littrow–Konfiguration erreichten wir die
höchsten Ausgangsleistungen von bis zu 6,4 mW bei einer Wellenlänge
von 2131 nm und einer Linienbreite von 375 MHz. Der Durchstimmbarkeitsbereich des Systems beträgt 45 nm.
Q 9.7 Mo 18:00 HS 218
Quantenrauschen und räumliche Emissionseigenschaften
von Resonant-Cavity Light-Emitting Diodes (RCLEDs) —
•Richard Birkner1 , Joachim Kaiser1 , Wolfgang Elsässer1
und Christian Jung2 — 1 Institut für Angewandte Physik, Technische
Universität Darmstadt — 2 OSRAM-Opto Semiconductors GmbH,
Regensburg
Wir präsentieren Untersuchungen der spektral- und winkelaufgelösten
Emissionseigenschaften sowie des Intensitätsrauschens von 840 nm emittierenden Resonant-Cavity Light-Emitting Diodes (RCLEDs). Bei be”
ruhigtem Pumpen“ zeigt das gemessene totale Intensitätsrauschen der
RCLEDs eine signifikante Rauschunterdrückung von 0,12 dB unter das
Schrotrauschniveau. Im Gegensatz dazu liegen die Werte der winkelaufgelösten Rauschmessungen über dem Schrotrauschniveau. Dies lässt sich
mit Antikorrelationen zwischen den unterschiedlichen radialen Strahlkomponenten erklären. Wir untersuchen systematisch den Einfluss der
Temperatur auf die spektrale Verstimmung (Detuning) zwischen der zentralen Quantenwell-Emissionswellenlänge und der Resonatorwellenlänge.
Wir beobachten hinsichtlich der räumlichen und spektralen Eigenschaften eine Verbreiterung des Intensitätsprofils und eine Blauverschiebung
der Wellenlänge. Abschließend wird im Detail der Einfluss des Detuning
Q 10 Ultrakurze Lichtimpulse: Röntgenpulse und Kernphysik
Raum: HS 223
Q 10.1 Mo 16:30 HS 223
Untersuchung von Photoemissionsprozessen zur Erzeugung ultrakurzer Röntgen- und Elektronenpulse — •Marc Winter1 ,
Andreas Assion1 , Ulf Hinze2 , Boris Chichkov2 und Thomas
Baumert1 — 1Universität Kassel, Institut für Physik, Heinrich-PlettStr. 40, D-34132 Kassel — 2 Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee
8, D-30419 Hannover
Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau einer Ultrakurzpuls Elektronen- bzw.
Röntgenquelle, die Zeitauflösungen im sub-Pikosekundenbereich erlaubt.
Bisher konnten Röntgenpulse mit Pulsdauern kleiner 10 Pikosekunden
erzeugt werden.
Die vorgestellte Arbeit untersucht die Photoemission von Metallkathoden, um Elektronenpulse im Femtosekundenbereich zu erzeugen. Der
Übergang vom reinen Multiphotonen- zum thermisch unterstützten Photoemissionsregime wurde studiert. Insbesondere wurden verschiedene Optimierungsstrategien auf Basis der Femtosekunden Pulsformung zur Verbesserung der Effizienz der nichtlinearen Photoemissionsprozesse bei Anregung mit Femtosekundenlaserpulsen untersucht.
Die experimentellen Ergebnisse werden diskutiert und ein Ausblick auf
die technische Realisierung der ultrakurzen Elektronenquelle wird gegeben.
Q 10.3 Mo 17:00 HS 223
Statische und zeitaufgelöste Röntgenbeugung an YBCO in der
Nähe des Überganges vom supra- zum normalleitenden Zustands — •Andrea Lübcke1 , Ingo Uschmann1 , Hagen Wald2,
Frank Schmidl2 , Paul Seidel2 , Eckhardt Förster1 und Roland
Sauerbrey1 — 1 Institut für Optik und Quantenelektronik, FriedrichSchiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena — 2 Institut für
Festkörperphysik, Friedrich-Schiller-Universität, Helmholtzweg 5, 07743
Jena
Femtosekundenlaserproduzierte Plasmen stellen eine sehr leistungsfähige Quelle für Röntgenstrahlung dar. Insbesondere durch die
ultrakurze Pulsdauer der Röntgenpulse ist diese Quelle für die zeitaufgelöste Röntgenbeugung äußerst interessant. Sie erlaubt die Untersuchung von atomaren Prozessen auf sub-ps Zeitskalen.
Es werden erste zeitaufgelöste Untersuchung zum Verhalten von dünnen
YBCO-Schichten beim Übergang vom supraleitenden zum normalleitenden Zustand vorgestellt. Die Probe wurde zuvor durch Lang-Topographie
und Diffraktometrie charakterisiert. Die Halbwertsbreite der Reflexionskurve von YBCO betrug nur 0.16◦ und demonstriert die hohe Qualität
der Schicht. Vorangestellte statische, temperaturabhängige Messungen
zeigen, im Widerspruch zu anderen Arbeiten, Änderungen der Rockingkurven der Schichten, die auf innere Verspannungen beim supraleitenden
Übergang schließen lassen.
Q 10.2 Mo 16:45 HS 223
Enhancement of high-repetition-rate femtosecond laser generated x-ray fluxes — •M. Silies, J. Kutzner, T. Witting, M.
Hagedorn, G. Tsilimis, and H. Zacharias — Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universtität, Münster, Wilhelm-Klemm-Str.
10, D-48149 Münster
The generation of hard x-rays has been investigated with a laser-based,
compact, hard x-ray source, particularly suited for high-repetition rate
laser systems (1-10 kHz). Sub-millijoule, 25 fs Ti:Sapphire laser pulses
are applied to generate hard x-ray radiation with a commercially available ferric audio tape target. Spectroscopic investigations show strong
Kα -emission in addition to a weak Bremsstrahlung continuum. Particular interest has been spend to the x-ray yield enhancement while applying
pre-pulse as well as multiple-shot exposure techniques. Under single exposure, single pulse conditions the x-ray yield is low, but increases with
increasing pulse energy and reaches a energy conversion efficiencies of
ηKα = 2 · 10−7 . Depending on the applied pulse energy and intensity, the
x-ray yield is enhanced by more than three orders of magnitude with the
pre-pulse as well as with the multiple-shot exposure technique. Photon
fluxes exceeding 2 · 109 photons/s were generated with the tape target
providing conversion efficiencies approaching ηKα = 10−5 .
Q 10.4 Mo 17:15 HS 223
Temporal pulse cleaning: way to pre-pulse free interaction —
•Enrico Risse, Mikhail Kalashnikov, Horst Schoennagel, and
Wolfgang Sandner — Max-Born-Institut, Max-Born-Strasse 2a, D12489 Berlin
Relatively high amplified spontaneous emission of a high power
Ti:sapphire laser is one of the main drawbacks. Typically refocusing of
the energetic pulse of a modern Ti:sapphire laser to intensity exceeding 10 20 W/cm2 will result in ASE and pre-pulse intensity higher than
10 14 W/cm2. The low energy of the master oscillator pulse, losses in
the stretcher and introduction of means for spectral phase correction results in a low starting signal-noise ratio. Increasing of the injected energy
and/or realization of a double-CPA system with intermediate recompression and nonlinear subtraction of the ASE pedestal and pre-pulses are the
possible solutions of the problem. Different schemes of nonlinear cleaning
including Sagnac interferometer, nonlinear absorber, rotation of polarization ellipticity (RPE) were experimentally tested. The Sagnac interferometer was found to be very unstable concerning the mode structure of
the incident laser beam. For the RPE we developed a multipass cavity
85
and realized up to 6 passes. Energy ratio between the clean and residual pulse was optimized by tuning of the pulse duration and amount
of passes. Up to 0.6 conversion was achieved with a slightly stretched
pulse. The system delivers perfect near-field beam distribution. We observed additionally strong modification of near field beam distribution
depending on focal intensity.
Beschleunigungsmechanismen in Laser-Plasmen wurden in den vergangenen Jahren mit wachsendem Interesse untersucht. Sog. Table-top
Lasersysteme, die ultrakurze und ultraintensive Laserpulse mit einer
Wiederholfrequenz von 10 Hz erzeugen, bieten einen flexiblen, effizienten und günstigen Zugang zu hochenergetischen Teilchen verglichen mit
großen Beschleuniger-Einrichtungen. Die beispielsweise von relativistischen Elektronen in geeignetem Konvertermaterial erzeugte Bremsstrahlung kann zur Anregung nuklearer Reaktionen genutzt werden. Wir erzeugten hochenergetische Bremsstrahlung mit relativistischen Elektronen, die durch relativistische Selbsfokussierung eines ultrahochintensiven
Laserpulses in einem He-Gasjets beschleunigt wurden. Induzierte Kernreaktionen sowohl im Konverter als auch in Sekundär-Targets wurden mit
zeitaufgelöster γ-Spektroskopie nachgewiesen. Die Photonentemperatur
der Bremsstrahlung lag im Bereich der Riesenresonanzen schwerer Kerne, was die Erzeugung einer großen Zahl von Kernreaktionen ermöglichte.
Unsere Experimente umfassten (γ, xn)-Reaktionen in 181Ta, (γ, xn)- und
(n, γ)-Reaktionen in 197 Au sowie Transmutation von 129I zu 128 I.
Q 10.5 Mo 17:30 HS 223
Influence of the Laser Prepulse on Proton Acceleration in ThinFoil Experiments — •Malte Kaluza, Jörg Schreiber, Marko
Santala, George Tsakiris, Klaus Eidmann, Jürgen Meyerter-Vehn, and Klaus Witte — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
We investigate the influence of the laser prepulse due to amplified
spontaneous emission (ASE) on the acceleration of protons in thin-foil
experiments. By changing the ASE duration and the foil thickness independently, the generation of one or two different proton populations
becomes possible. By comparing the experimental results with analytical
estimates for the proton acceleration at the target front and rear sides,
the origin and acceleration process of the different proton populations
can be determined. The possibility to control the duration of the ASE
prepulse is found to be important for an optimal proton acceleration.
Q 10.8 Mo 18:15 HS 223
Ein Ringresonator für einen Photonenkollider beim künftigen
Linearbeschleuniger TESLA — •Guido Klemz und Klaus Mönig
— DESY Zeuthen, Platanenallee 6, D-15738 Zeuthen
Die Compton Rückstreuung eines Laserstrahls an einem relativistischen Elektronenstrahl bietet die effizienteste Methode zur Erzeugung
von γ-Quanten mit einigen hundert GeV Photonenenergie. Von der
Beobachtung der ablaufenden teilchenphysikalischen Prozesse bei γγKollisionen in diesem Energiebereich werden wesentliche Beiträge zur
Klärung der Existenz von Higgs-Bosonen, Supersymmetrie sowie zur Entwicklung einer Quantentheorie der Gravitation erwartet.
Die Anforderungen an ein geeignetes Lasersystem sind eine Emissionswellenlänge im Bereich um 1 µm, etwa 2 TW Puls-Spitzenleistung, 3 ps
Pulsdauer (FHWM) und ca. 100 kW mittlere Ausgangsleistung mit einer zum Beschleuniger synchronen zeitlichen Pulsstruktur. Solche Hochleistungslaser sind absehbar nicht verfügbar. Es soll gezeigt werden wie
dennoch durch Ausnutzung der resonanten Leistungsüberhöhung in zwei
ineinander geschachtelten optischen Speicherringen eine hinreichend hohe
γγ-Luminosität (Ereignisrate) mit vertretbarem R&D-Aufwand erreichbar scheint. Die Ringresonatoren sind um den ausgedehnten teilchenphysikalischen Detektor herum anzuordnen. Die Ergebnisse einer numerischen Simulation der wellenoptischen Eigenschaften des Resonators unter
Berücksichtigung der Randbedingungen durch das teilchenphysikalische
Umfeld sowie Fertigungs- und Alignment-Toleranz der optischen Komponenten werden vorgestellt.
Q 10.6 Mo 17:45 HS 223
Ion acceleration from high-intensity laser irradiated thin foils
— J. Schreiber1,2 , M. Hegelich1,2 , U. Schramm2 , D. Habs2 ,
K. Witte1, E. Brambrink3 , P. Audebert4 , J. Fuchs4 , J.C.
Gauthier4 , •J. Schreiber1,2 , M. Hegelich1,2 , U. Schramm2 , D.
Habs2 , K. Witte1 , E. Brambrink3 , P. Audebert4 , J. Fuchs4 ,
and J.C. Gauthier4 — 1 MPI für Quantenoptik, 85748 Garching,
Germany — 2 Universität München, 85748 Garching, Germany — 3 GSI
Laboratory, 64291 Darmstadt, Germany — 4 LULI, Ecole Polytechnique,
91128 Palaiseau, France
Collimated MeV jets of ions from the rear surface of thin foils irradiated with ultrashort laser pulses at intensities around 1019 W/cm2 are
investigated. We use a Thomson parabola both to characterize the ions
and to measure their respective spectrum and yield. In previous single
shot experiments with high power (100 TW) laser facilities, energies of
up to 5 MeV/nucleon and particle numbers reaching 1010 per MeV were
measured [1]. This was explained by a modified target normal sheath
acceleration mechanism (TNSA).
New experiments at the 100-TW-laser facility (LULI, Ecole polytechnique) were performed. We used heated targets in order to remove undesirable hydrocarbon contaminants on the target surfaces. Different materials were used and a series of shots with ”buried” layers was done to
get new insights into the acceleration mechanism.
[1] M. Hegelich et al., Phys. Rev. Lett. 89, 085002 (2002).
Q 10.7 Mo 18:00 HS 223
Relativistische Elektronenjets induzieren Kernreaktionen —
•Ben Liesfeld1 , Kay-Uwe Amthor1 , Friederike Ewald1 , Heinrich Schwoerer1 , Roland Sauerbrey1 , Joseph Magill2 , Jean
Galy2 und Roland Schenkel2 — 1 Institut für Optik und Quantenelektronik, FSU Jena — 2 Institut für Transurane, Forschungszentrum
Karlsruhe
Q 11 Fallen und Kühlung
Raum: HS 224
Q 11.1 Mo 16:30 HS 224
Der kollektive atomare Rückstoßlaser — •Dietmar Kruse, Christoph von Cube, Sebastian Slama, Benjamin Deh, Claus Zimmermann und Philippe W. Courteille — Physikalisches Institut
der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, D-72076 Tübingen
Wir berichten über die experimentelle Beobachtung von Lasertätigkeit
aufgrund von kollektivem atomaren Rückstoß (CARL) [1,2]. Rubidiumatome werden in dem Dipolkraftfeld eines einseitig gepumpten optischen
Hochfinesse-Ringresonators gespeichert. Die Atome streuen Licht in die
gegenläufige Resonatormode, vorausgesetzt sie sind periodisch entlang
der Resonatorachse angeordnet. Diese Rückstreuung ist von einer unbeschränkten Beschleunigung begleitet. Wenn die Atome hingegen einer
durch eine optische Melasse ausgeübten Reibungskraft ausgesetzt sind,
formen sie spontan aus einer ungeordneten räumlichen Verteilung heraus
ein laufendes Dichtegitter, das zu stationärer Lasertätigkeit in der gegenläufigen Mode Anlass gibt. Wir untersuchen die Dynamik der Resonatorfelder und charakterisieren die Dynamik der Atome sowohl im Ortsals auch im Geschwindigkeitsraum. Numerische Simulationen befinden
sich in guter Übereinstimmung mit den experimentellen Beobachtungen.
Rev. Lett. 91, 183601 (2003)
86
Q 11.2 Mo 16:45 HS 224
Robust and Efficient Addressing of Single Atoms Using
Adiabatic Passages — •Yevhen Miroshnychenko, Dominik
Schrader, Mkrtych Khudaverdyan, Igor Dotsenko, Stefan
Kuhr, Wolfgang Alt, Arno Rauschenbeutel, and Dieter
Meschede — Institut für Angewandte Physik, Universität Bonn,
Wegelerstr. 8, Bonn, 53115
We have used the method of adiabatic passages to address single neutral Cs atoms stored in an optical standing wave dipole trap [1]. The
main advantage of the method of adiabatic passages for the purpose of
full population transfer in a two level system, in contrast to resonant
pi-pulses, is its robustness with respect to fluctuations of the amplitude
and the frequency of an external field, and of the resonance frequency of
an atom.
We apply a microwave sweep to the outermost mF magnetic sublevels
of the two hyperfine ground states of Cs. We use a magnetic field gradient
along the dipole trap axis to induce position dependent Zeeman shifts of
hyperfine levels of different atoms in the dipole trap. Setting the central
frequency of the microwave pulse to the Zeeman resonance frequency of a
selected atom we robustly and with near 100% transfer the population of
this atom only out of the string of atoms in the trap. We discuss results
of the numerical simulation and the corresponding experiments [2].
[1] S. Kuhr et. al., Science 293, 278 (2001)
[2] M. Khudaverdyan et. al., in preparation
Q 11.5 Mo 17:30 HS 224
Deterministic Control of Atom-Cavity Coupling — •B. Weber,
S. Nußmann, M. Hijlkema, F. Rohde, A. Kuhn, and G. Rempe —
Garching
We present an experimental setup to achieve deterministic control of
the coupling of a single Rb atom to a high-finesse optical cavity. By means
of an optical dipole force trap made of a single running-wave laser beam
we transport cold atoms from a magneto-optical trap over a distance of 14
mm into the mode volume of the cavity. With the cavity used as an atom
detector, we observe the arrival of the atom cloud as well as characteristic single-atom transit signals in the transmitted intensity. Trapping the
atoms by means of a standing-wave laser field inside the cavity will allow
us to generate long streams of single photons for quantum information
processing.
Q 11.6 Mo 17:45 HS 224
Kühlung bei positiver Verstimmung — •Ch. Schwedes1 , Th. Becker1 , J. von Zanthier1 , H. Walther1 und E. Peik2 — 1 MPI f.
Quantenopik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Graching — 2 PTB, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
Eine experimentelle und theoretische Untersuchung von Laser Seitenbandkühlung bei positiver Verstimmung eines in einer RF-Falle gespeicherten Ions für wird präsentiert. Der Einfluß der Mikrobewegung im
zeitabängigen Potential einer Paulfalle kann zu der überraschenden Situation führen, dass Seitenbandkühlung für positive Werte der Laserverstimmung möglich wird, das heißt, für eine Laserfrequenz die über der
Resonanzfrequenz des ruhenden Ions liegt. Die Kühlrate und der Einfangbereich werden in einem semiklassischen Modell berechnet. Experimentelle Ergebnisse des Effektes werden anhand eines einzelnen In+ -Ions
geliefert, das in einer miniaturisierten Paulfalle gespeichert ist.
Q 11.3 Mo 17:00 HS 224
Towards atom-photon entanglement — •Daniel Schlenk1 ,
Markus Weber1 , Juergen Volz1 , Johannes Vrana1 , Christian
Kurtsiefer2 , and Harald Weinfurter1,3 — 1 Sektion Physik der
LMU Muenchen — 2National University of Singapore — 3 Max-Planck
Institut fuer Quantenoptik, Garching
Conservation of angular momentum during spontaneous decay of a
lambda-type atomic transition generates a spin entangled state between
the atom and the emitted photon. A localized single atom in a far-offresonant dipole trap offers the opportunity to investigate the non-classical
correlation properties of such an entangled atom-photon state.
In our experiment we load a single Rb87 atom from a sample of laser
cooled atoms into an optical dipole trap. The observed photon antibunching in the atomic fluorescence light verifies the presence of single
atoms inside our trap. We report on state selective detection measurements of a single Rb atom using a combination of a dark-state-projection
and a STIRAP technique. This measurement is the key ingredient in order to analyze the spin correlations and to determine the amount of
entanglement in our atom-photon system.
Q 11.7 Mo 18:00 HS 224
Laser Cooling of an Indium Atomic Beam — •Ruby dela
Torre, Jiayu Wang, Bernard Kloeter, Dietmar Haubrich, Ulrich Rasbach, and Dieter Meschede — Institut fuer Angewandte
Physik, Universitaet Bonn, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn, Germany
Laser cooled atomic beams are the method of choice for Atomic
Nanofabrication (ANF) where high deposition rates are needed. We have
realized the transverse cooling of an Indium atomic beam. One scheme
employs radiation pressure cooling and another scheme involves a bluedetuned standing-wave configuration. Two-wavelength laser sources, at
410nm and 451nm, were used in both methods. We will present our systematic studies on these cooling schemes.
Q 11.4 Mo 17:15 HS 224
Normal-mode spectrum of a single intracavity atom. —
•T. Puppe, P. Maunz, I. Schuster, N. Syassen, P.W.H.
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
The normal-mode splitting is the characteristic signature of the fundamental interaction of an individual atom with a single mode of the light
field. The measurement of the normal-mode spectrum has been complicated by variations of the mean atom number in beam experiments as
well as fluctuations of the atom-cavity coupling due to atomic motion.
Here, single laser-cooled atoms are trapped in a far-detuned intracavity
dipole trap [1] upon detection. Periods of cavity cooling [2] are sandwitched between the probe intervals to further localise the atom and
monitor the coupling at the same time. This preparation of a single, well
localised atom strongly coupled to an optical mode allows to measure a
well resolved normal-mode splitting in two ways: The mean transmission
of the near-resonant cavity-QED field represents the cavity excitation
spectrum. Moreover, also the spectrum of the excitation of the atom as
the second component of the strongly coupled system could be measured
for the first time: In the presence of cavity cooling, trap loss is caused
by spontaneously scattered photons. The atomic excitation is therefore
inversely proportional to the storage time.
[1] J. Ye, D.W. Vernooy, and H.J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987
(1999).
[2] P. Maunz et al., to be published. P. Horak et al. Phys. Rev. Lett. 79,
4974 (1997). V. Vuletić and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
Q 11.8 Mo 18:15 HS 224
Real-time measurement of a single ion trajectory — •Pavel Bushev, Alex Wilson, Jürgen Eschner, and Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25,
A-6020 Innsbruck, Austria
In our experiment a single Ba+ ion is held by a Paul trap and continuously Doppler cooled with a laser. The residual thermal motion of the
ion in the trap has an average amplitude of about 35 nm at a frequency
of 1 MHz. A collimating lens and a distant mirror are placed such that
part of the scattered light is retro-reflected, thus leading to interference
of high contrast. Hence, the phase of the interference fringes are sensitive to the ion-mirror distance [1]. In this case the photocurrent contains
all the information about the ion’s motion. Its amplitude and phase are
detected with a high signal-to-noise-ratio.
By using a phase-locking technique we are able to observe the ion trajectory with an accuracy of 10 nm within a measurement time of 10 ms.
We also report first attempts to cool a single atomic particle (the Ba+
ion), beyond the Doppler-cooling-limit using electronic feedback. We create an additional friction force, which is proportional the ”instantaneous
speed” of the ion in the trap, by supplying additional electric fields along
the direction of the ion’s motion. A dip in the motional spectrum appears
when this external friction force is applied.
[1] J. Eschner et al., Nature 413, 495-498, (2001)
Q 11.9 Mo 18:30 HS 224
Thermisch angeregte Ionen-“Moleküle” — •M. Loewen1 und
Chr. Wunderlich2 — 1I. Institut für Theoretische Physik, Universität
Hamburg, Jungiusstr. 9, 20355 Hamburg — 2 Institut für Laser-Physik,
Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg
87
171
Yb+ Ionen für verschiedene Fallenkonfigurationen zu berechnen. Es
wird gezeigt, dass für passende Wahl der Fallenparameter thermisch verursachte Variationen in den Kopplungskonstanten vernachlässigbar sind,
solange die Ionen bis zum Doppler-Limit gekühlt sind. Zusätzlich werden
bei individueller kohärenter Manipulation der Ionen auftretende Fehler
analytisch berechnet. Auch diese Fehler sind für geeignete Wahl der die
Ionenfalle charakterisierenden Parameter vernachlässigbar.
[1] F. Mintert, Chr. Wunderlich, Phys. Rev. Lett 87, 257904 (2001);
Chr. Wunderlich in Laser Physics at the Limit, Hrsg. H. Figger, D. Meschede, C. Zimmermann, Springer Verlag, 261 (2002).
Ein räumlich variierendes Magnetfeld führt zu einer effektiven SpinSpin-Kopplung zwischen Ionen, die in einer linearen Falle gespeichert
werden, und ermöglicht daneben deren individuelle Adressierung im Frequenzraum. Ein Ionenkristall kann so als ein einzelnes Molekül mit einstellbaren Kopplungskonstanten zwischen den Konstituenten betrachtet
werden [1]. Hier betrachten wir durch thermische Anregung des Ionenkristalls verursachte Abweichungen der Spin-Spin-Kopplungskonstanten
und der Resonanzfrequenzen einzelner Ionen von ihren jeweiligen Idealwerten. Analytische Ausdrücke, mit Hilfe der Störungstheorie hergeleitet, werden genutzt um relevante Störungen für thermisch angeregte
Q 12 Quantengase I
Raum: HS 225
Q 12.1 Mo 16:30 HS 225
Bose-Einstein-Kondensation von Molekülen — •Markus Bartenstein1 , Selim Jochim1 , Alexander Altmeyer1 , Gerhard
Hendl1 , Stefan Riedl1 , Cheng Chin1 , Johannes Hecker Denschlag1 und Rudolf Grimm1,2 — 1 Institut für Experimentalphysik,
Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Österreich.
— 2 Institut für Quantenoptik und Quanteninformation, Österreichische
Akademie der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Österreich.
Wir berichten über die Bose-Einstein-Kondensation von mehr als
105 Li2 -Molekülen in einer optischen Falle[1]. Ausgehend von einem
Spingemisch fermionischer Lithium-Atome werden die Moleküle durch
Dreikörperrekombination während einer Verdampfungskühlung in der
Nähe einer Feshbachresonanz gebildet. Nach weiterer Kühlung bis auf
Temperaturen von etwa 100 nK kondensieren die Moleküle. Wir erreichen
reine Molekülkondensate ohne erkennbaren thermischen Untergrund mit
einer Lebensdauer von etwa 20 s. Die Eigenschaften des Kondensats werden durch Messung von charakteristischen kollektiven Anregungen untersucht. Weiterhin zeigen wir, wie die “mean-field”-Selbstwechselwirkung
des Kondensats durch das Magnetfeld kontrolliert werden kann.
[1] S. Jochim et al., Science, published online 13 November 2003,
10.1126/science.1093280
tracted. It turns out that this quantity strongly depends on the magnetic
field, thus revealing an avoided crossing of two bound states at 1001.7 G.
It is experimentally demonstrated that this avoided crossing can be used
to trap the molecules in one dimension. Heating and loss processes that
accompany the production of molecules are investigated. Starting from
bosonic atoms, these processes impose a severe obstacle when trying to
produce a molecular BEC.
[1] S. Dürr, T. Volz, A. Marte, and G. Rempe, cond-mat/0307440.
[2] A. Marte, T. Volz, J. Schuster, S. Dürr, G. Rempe, E. G. M. van
Kempen, and B. J. Verhaar, Phys. Rev. Lett. 89, 283202 (2002).
[3] T. Volz, S. Dürr, S. Ernst, A. Marte, and G. Rempe, Phys. Rev. A
68, 010702 (2003).
Q 12.4 Mo 17:15 HS 225
Ultrakalte Moleküle aus einem Bose-Einstein-Kondensat von
Cäsium-Atomen — •Jens Herbig1 , Tobias Kraemer1 , Michael
Mark1 , Tino Weber1 , Cheng Chin1 , Hanns-Christoph Nägerl1
und Rudolf Grimm1,2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Universität
Innsbruck, Technikerstraße 25, 6020 Innsbruck, Österreich. — 2 Institut
der Wissenschaften, 6020 Innsbruck, Österreich.
Der Ausgangspunkt unseres Experimentes ist ein Bose-EinsteinKondensat aus 100.000 Cäsium-Atomen im Zustand F=3, mF =3 [1]. Mit
Hilfe einer Feshbach-Resonanz können wir circa 20 Prozent der Atome
in einen molekularen Zustand überführen. Aufgrund des niedrigeren
magnetischen Momentes der Moleküle können sie durch Stern-GerlachSeparation vollständig von der atomaren Wolke getrennt werden. Dies
ermöglicht gleichzeitig eine sehr genaue Messung des magnetischen
Momentes und der Geschwindigkeitsverteilung der Moleküle [2]. Wir
messen Temperaturen von wenigen Nanokelvin, die zusammen mit der
räumlichen Verteilung der Wolke auf Phasenraumdichten > 1 schließen
lassen. In weiteren Messungen soll die Kohärenz des molekularen
Ensembles untersucht werden.
[1] T. Weber et al., Science 299, 232 (2003)
[2] J. Herbig et al., Science 301, 1510 (2003)
Q 12.2 Mo 16:45 HS 225
Vom molekularen BEC zum entarteten Fermigas — •Alexander
Altmeyer1 , Selim Jochim1, Markus Bartenstein1 , Stefan
Riedl1 , Cheng Chin1 , Johannes Hecker Denschlag1 und
Rudolf Grimm1,2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Universität
In der Nähe einer Feshbach-Resonanz existieren verschiedene Kopplungsregimes für Atompaare in einem ultrakalten Fermigas. Während im
Bereich positiver Streulänge ein gebundener Molekülzustand existiert,
können Atome bei negativer Streulänge schwach gekoppelte CooperPaare bilden. Von besonderem Interesse sind die Verhältnisse direkt auf
der Feshbach-Resonanz. Die in diesem Übergangsbereich auftretenden
Phänomene des “BEC-BCS Crossovers” [1], der “Resonanzfluidität” [2]
und des “universalen Verhaltens”[3] stehen momentan im Fokus zahlreicher theoretischer Betrachtungen. Wir berichten über erste Schritte
zur experimentellen Untersuchung der vorhergesagten Phänomene. Ausgehend von einem reinen Bose-Einstein Kondensat von etwa 105 6 Li2
Molekülen ist uns ein kontinuierlicher und verlustfreier Übergang über
die Feshbach-Resonanz möglich, bei dem wir das Gas beobachten. Dieser Vortrag stellt unsere aktuellen Ergebnisse aus dem Bereich zwischen
starker und schwacher Kopplung vor.
[1] z.B. A. Perali et al., cond-mat/0311309
[2] M. Holland et al., Phys. Rev. Lett. 87, 120406 (2001)
[3] H. Heiselberg, Phys. Rev. A 63, 043606 (2001)
Q 12.5 Mo 17:30 HS 225
Erzeugung von Grundzustandsmolekülen durch Photoassoziation in optischen Gittern. Vollständige Quantenkontrolle über
eine chemische Reaktion. — •T. Rom1,2,3, T. Best1,2,3, O. Mandel1,2,3 , A. Widera1,2,3 , M. Greiner1,2,4 , T. W. Hänsch1,2 und I.
Bloch3,1,2 — 1 LMU München — 2 MPI für Quantenoptik, Garching —
3
Universität Mainz — 4 JILA, Boulder, CO
Ultrakalte Atome in optischen Gittern sind ein idealer Ausgangspunkt
für fundamentale quantenmechanische Experimente. In unserem Experiment dient der Mott-Isolator-Zustand eines Quantengases aus 87RbAtomen als Ausgangspunkt für eine in allen quantenmechanischen Freiheitsgraden kontrollierte chemische Reaktion. Auf doppelt besetzten Gitterplätzen lassen sich durch Raman-Photoassoziation effizient Moleküle
in wohldefinierten Quantenzuständen präparieren. Neben den internen
Freiheitsgraden kontrollieren wir die quantisierte Schwerpunktsbewegung
im externen Potential und können somit Moleküle selektiv im Grundzustand oder den angeregten Vibrationsniveaus erzeugen.
Der starke Einschluss der Teilchen an den einzelnen Gitterplätzen impliziert hohe Photoassoziationsraten. Zudem sind Stoß- und somit Verlustprozesse aufgrund der Isolation der Moleküle im Gitter stark unterdrückt. Diese Vorteile machen die Photoassoziation im optischen Gitter
zu einem attraktiven Werkzeug in Hinblick auf kohärente Atom-MolekülDynamik und die Erzeugung eines molekularen BEC.
Q 12.3 Mo 17:00 HS 225
Observation of Rb2 molecules produced from a Bose-Einstein
condensate — •Thomas Volz, Stephan Dürr, Andreas Marte,
and Gerhard Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, HansKopfermann-Strasse 1, 85748 Garching
Starting with a condensate of 87 Rb atoms, molecules were created [1] by
adiabatically sweeping the magnetic field across a Feshbach resonance located at 1007.4 G [2, 3]. In a Stern-Gerlach experiment the molecules are
separated from the atoms by applying a magnetic-field gradient. From
the measured position of the molecules their magnetic moment is ex88
Q 12.6 Mo 17:45 HS 225
Präzisions-Molekülspektroskopie durch Photoassoziation in optischen Gittern — •T. Best1,2 , T. Rom1,3,2, O. Mandel1,3,2 , S.
Fölling2 , A. Widera1,3,2 , M. Greiner4 , T.W. Hänsch1,3 und I.
Bloch1,3,2 — 1 LMU München — 2 Universität Mainz — 3 MPI für Quantenoptik, Garching — 4 JILA, Boulder, CO
Photoassoziation von ultrakalten Atomen ist ein wichtiges Werkzeug
zur Untersuchung interatomarer Wechselwirkungspotentiale. Ausgehend
von einem Mott-Isolator-Zustand in einem optischen 3D-Gitter ist
Photoassoziations-Spektroskopie ohne Doppler- und mean-fieldVerbreiterung möglich. Die lange Lebensdauer der auf einzelnen
Gitterplätzen isolierten Moleküle erlaubt eine hohe Frequenzauflösung
[1]. Mithilfe phasengelockter Diodenlaser konnten wir Vibrationsniveaus
87
des elektronischen Grundzustandes 3 Σ+
Rb-Dimeren mit hoher
u von
Präzision untersuchen. Dabei ließen sich Zustände mit Bindungsenergien
von bis zu 40 GHz durch einen Raman-Prozess adressieren. Der Vergleich
mit berechneten Molekülniveaus ermöglicht es, die Genauigkeit der verwendeten Molekülpotentiale zu verbessern. Ausgehend von diesen stark
gebundenen Zuständen sollte es möglich sein, in einem zweiten Schritt
durch einen weiteren Raman-Prozess den absoluten Grundzustand in
den internen und externen Freiheitsgraden zu erreichen.
We investigate theoretically the single-color photoassociation yield of
Bose-Einstein condensed sodium atoms for light intensities of the order
of and above those applied in a recent experiment [C. McKenzie, et al.,
Phys. Rev. Lett. 88, 120403 (2002)]. Taking into account second order
correlations formed in the many body system by the elastic atomic collisions under the influence of the photoassociation laser, we derive the
time evolution of the remaining condensate fraction. Our results give no
indication for the saturation of the loss rate of condensate atoms due to
reasons other than the unitarity limit. We discuss the physical grounds
for the possibility of intensity enhanced atom loss as well as the limits
for the production of ground state molecules.
Q 12.8 Mo 18:15 HS 225
Fractional Quantum Hall Effect States in 2D ultra-cold dipolar
Fermi-gases — •Klaus Osterloh — co ITP Hannover Appelstr. 2
30167 Hannover
We propose the existence of ’Fractional Quantum Hall Effect’-like
states in ultra-cold two-dimensional and rapidly rotating Fermi-gases
with dipole-dipole interactions. The energy gap of such a system with
respect to quasi-particle excitations is derived. The result motivates the
possibility to create as well as detect the existence of this correlated state
by future experiments.
[1] Vortrag von T. Rom
Q 12.7 Mo 18:00 HS 225
High light intensity photoassociation in a Bose-Einstein condensate — •Thomas Gasenzer — Institut für Theoretische Physik,
Universität Heidelberg, Philosophenweg 16, 69120 Heidelberg, Germany
Q 13 Quantencomputer
Raum: HS 101
Q 13.3 Di 11:45 HS 101
Quantencomputing mit Molekülschwingungen im 3D AcetylenModell — •Ulrike Troppmann1 , Carmen Tesch2 und Regina
de Vivie-Riedle1 — 1 Department Chemie, Ludwig-MaximiliansUniversität München — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Garching
Unser Implementierungsvorschlag von molekularem Quantencomputing basiert auf Qubitzuständen, die durch optische Anregung von Molekülschwingungen kodiert werden [1]. Globale Quantengatter werden
hierzu mit speziell geformten fs-Laserpulsen ausgeführt, welche unter Anwendung der Optimal Control Theory berechnet werden können. Als ein
Modell-System dient das Acetylen-Molekül, dessen zwei IR-aktive Moden
ein zwei-Qubit-System repräsentieren. In einem erweiterten 3D Modell
von Acetylen untersuchen wir den Einfluss einer dritten, nicht IR-aktiven
Mode über anharmonische Resonanzen und Kombinationszustände [2].
Es wird gezeigt, dass solche Wechselwirkungen durch die spezielle Form
der fs-Laserpulse kontrolliert werden können und eine Realisierung von
globalen Quantengattern in diesem komplexeren System möglich ist.
Gruppenbericht
Q 13.1 Di 11:00 HS 101
Towards an ion-trap quantum computer — •Tobias Schaetz,
M. Barrett, J. Britton, J. Cheverini, W.M. Itano, J. Jost,
C. Langer, D. Leibfried, R. Ozeri, T. Rosenband, and D.J.
Wineland — NIST, 325 Broadway, 80305 Boulder CO, USA
We discuss experiments devoted to realizing the elements of quantum
information processing using trapped atomic Be+ ions. Recent work includes (1) distribution of entanglement over a multi-zone trap structure
(2) demonstration of a dense-coding protocol, (3) demonstration of enhanced qubit detection efficiency using quantum logic, and (4) generation of GHZ states and their application to enhanced precision in spectroscopy. We discuss efforts towards realizing more complicated protocols
such as teleportation, and work devoted to incorporation of sympathetic
cooling in a multiplexed trap structure.
* Supported NSA, ARDA, NIST and DFG (Scha 973/1-1)
Q 13.2 Di 11:30 HS 101
Atomic Quantum Systems in Optical Micro-Structures —
•Jonas Ries1 , Andre Lengwenus1 , Tobias Müther1 , Falk
Scharnberg1,2 , Niels Ubbelohde1 , Michael Volk1 , Wolfgang
Ertmer1 , and Gerhard Birkl1 — 1 Institut für Quantenoptik,
Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover, Germany —
2
Swinburne University of Technology, Melbourne, Australia
State-of-the-art technology in micro- and nano-fabrication can be combined with the quantum optical techniques of laser cooling, laser trapping, and quantum control to achieve efficient preparation of atomic
quantum systems. Using optical micro-structures for this purpose allows
us to create versatile trapping and guiding geometries with high flexibility.
Together with a significant degree of decoupling from the environment,
this approach makes scalable systems for the investigation of quantum
physics with neutral atoms accessible for experimental research. Potential
studies range from fundamental questions of quantum physics, such as
investigations of decoherence, to the application in quantum information
processing and integrated atom optics.
We investigate the realization of small-scale quantum processors and
atom optical systems for the coherent manipulation of atomic matter
waves which are based on dipole potentials created by optical microstructures.
[1] C. M. Tesch, R. de Vivie-Riedle, Phys. Rev. Lett., 89, (2002), 157901.
[2] U. Troppmann, C. M. Tesch, R. de Vivie-Riedle, Chem. Phys. Lett., 378, (2003),
273.
Q 13.4 Di 12:00 HS 101
Quantenrechnen mit Sprungkodes unter nicht idealen Bedingungen — •Oliver Kern und Gernot Alber — Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, D-64289 Darmstadt
Damit ein Quantencomputer zuverlässig über längere Zeit rechnen
kann, müssen seine Qubits vor Dekohärenz geschützt werden, die infolge unkontrollierbarer Wechselwirkungen mit einer Umgebung auftreten
kann. Für den Fall, dass die Qubits spontan in statistisch unabhängige
Reservoirs zerfallen, kann man dies durch den Einsatz von Sprungkodes (Detected-Jump Error-Correcting Codes [1]) erreichen. Unter idealen
Bedingungen arbeiten diese fehlerkorrigierenden Quantenkodes perfekt.
Anhand numerischer Simulationen diskutieren wir die Frage, inwieweit
diese Quantenkodes auch unter nicht idealen, realistischen Bedingungen
imstande sind, Quantenalgorithmen zu stabilisieren. Die Stabilität dieser
fehlerkorrigierenden Quantenkodes wird am Beispiel verschiedener Quantenalgorithmen [2] diskutiert.
/1/ G. Alber, Th. Beth, Ch. Charnes, A. Delgado, M. Grassl, and M.
Mussinger, PRA 68, 012316 (2003).
/2/ G. Benenti, G. Casati, S. Montangero, and D. L. Shepelyanski, PRL
89
By means of a simple example, it is demonstrated that the task of
finding and identifying certain patterns in an otherwise (macroscopically) unstructured picture (data set) can be accomplished efficiently
by a quantum computer. Employing the powerful tool of the quantum
Fourier transform, the proposed quantum algorithm exhibits an exponential speed-up in comparison with its classical counterpart.
87 227901 (2001).
Q 13.5 Di 12:15 HS 101
Pattern Recognition on a Quantum Computer — •Ralf
Schützhold — Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden — Department of Physics and Astronomy,
University of British Columbia, Vancouver, British Columbia, Canada
V6T 1Z1
Q 14 Optische Messtechnik
Raum: HS 204
Q 14.1 Di 11:00 HS 204
Multiexponentielles Dynamisches τ -Mapping in der 2Photonenmikroskopie — •Bülent Peker, Raluca Niesner und
Karl-Heinz Gericke — IPC @ TU-Braunschweig, Hans-Sommer-Str.
10, D-38106 Braunschweig
Das auf 2-Photonen-Anregung basierende Fluorescence Lifetime Imaging (FLIM) hat sich in den letzten Jahren als eine herausragende Methode in der subzellulären Erforschung biologischer Proben sowohl ”ex
vivo ” als auch ”in vivo ” erwiesen. Die 2-Photonen-Anregung ist ein
zukunftsträchtiges Verfahren, in komplexen Geweben und Zellverbänden
vitalitätsschonende Messungen über längere Zeit und mit hoher Ortsauflösung durchzuführen. Die dadurch mögliche Beobachtung von biologischen Reizbeantwortungen mittels 2-Photonen FLIM war aber mit
dem bisherigen Stand der FLIM-Auswertung wegen des hohen Rechenaufwands nicht zu leisten. Mit der auf diesem Gebiet innovativen Implementierung einer nicht-iterativen Methode haben wir dies verwirklicht.
Neben multiexponentiellen NAD(P)H-Auswertungen zeigen erfolgreiche
Anwendungen im Bereich pH-, η- und τ - Imaging in künstlichen Hautkonstrukten das Potential unserer Methode und führen uns subzelluläre
Details vitaler Zellen vor Augen.
Q 14.4 Di 11:45 HS 204
Phasemapping des Interferenzmusters für die Weltraummissionen LISA Pathfinder und LISA — •Felipe Guzman, Gerhard
Heinzel, Antonio Garcia, Vinzenz Wand und Karsten Danzmann — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-EinsteinInstitut), Universität Hannover, Callinstrasse 38, D-30167 Hannover
Vorherige Phasenauslesungen bei einem heterodynen Mach-ZehnderInterferometer zeigten eine inhomogene räumliche Struktur des Interferenzmusters. Diese Inhomogenität wird von ungleichmäßigen Phasenfronten in Verbindung mit Strahlwackeln und endlichen Aperturen verursacht
und können Längenänderungen vortäuschen.
Vorgestellt wird eine Untersuchungsmethode, die die räumliche Struktur des Interferenzmusters bestimmt, indem daraus die Phasen der Wellenfronten ermittelt werden. Mit einer CCD-Kamera werden dafür innerhalb einer Periode der Heterodynfrequenz mehrere Bilder mit kurzer
Belichtungszeit aufgenommen und ausgewertet.
Q 14.5 Di 12:00 HS 204
Phase locking auf einen LISA-Arm: Experimentelle Simulationen — •Antonio Francisco Garcia Marin, Vinzenz Wand,
Gerhard Heinzel und Karsten Danzmann — Max Planck Institut
für Gravitationsphysik, Albert Einstein Institut und Universität Hannover, Callinstrasse 38, 30167 Hannover
Für den weltraumbasierten Gravitationswellendetektor LISA stellt die
Frequenzstabilisierung eine grosse Herausforderung dar, da die erreichbare Empfindlichkeit des Interferomenters bei Verwendung von nicht stabilisierte Lasern mehrere Grössenordnungen vom Ziel entfernt liegt.
Es wird sowohl an experimentellen Stabilisierungsmethoden geforscht
(wie locking auf sehr stabile Resonatoren oder atomare Übergänge) als
auch an neuen theoretischen Möglichkeiten (z.B Time Delay Interferometrie).
Eine Option wäre die Benutzung des Abstandes zwischen zwei Satelliten (LISA-Arm) als Längenreferenz für die Laserstabilisierung. Dabei
bilden die 33 sekunden Lichtlaufzeit zwischen den Satelliten die grösste
Herausforderung, um eine signifikante Unterdrückung des Frequenzrauschens zu erreichen.
Dieser Vortrag stellt ein Experiment vor, das die oben beschriebene
Situation simuliert. Hierbei handelt es sich um die Detektion der Phase
zwischen zwei elektrischen Signalen eines Oszillators die einen grossen
Delay zueinander haben.
Obwohl diese Messung in einem anderen Frequenzbereich stattfindet,
stellt sie eine gute Simulation aller grundlegenden LISA-Elemente dar
und erlaubt die neuesten Phase-Locking Theorien zu überprüfen.
Q 14.2 Di 11:15 HS 204
Streulicht und Rauhigkeit von Spiegelsubstraten und dünnen
dielektrischen Schichten — •G. Seewald, Ch. Scharfenorth, F.
Elsholz und H.J. Eichler — TU-Berlin, Fakultät II, Optisches Institut, P1-1, Straße des 17.Juni 135, 10623 Berlin
Weitere Entwicklungen von Hochleistungslasern erfordern den
Einsatz von hochwertigen Optiken mit streuarmen, d.h. glatten
Oberflächen. An Substraten und dünnen dielektrischen Schichten
wurden Oberflächenrauhigkeiten im Bereich von 1-10 nm auf einer
Fläche von 0,5-10µm Kantenlänge mittels der Raster-Kraft-Mikroskopie
(RKM) gemessen. Größere Flächen wurden durch ortsaufgelöste
Streulichtmessungen charakterisiert, aus denen ebenfalls OberflächenRauhigkeiten bestimmt werden können. Die Ergebnisse von RKM und
Streulichtmessungen werden vergleichend diskutiert.
gefördert durch BMBF (FKz.:03C0330A)
Q 14.3 Di 11:30 HS 204
Charakterisierung thermischer Rauschquellen des LISAPathfinder- und LISA-Interferometers — •Frank Steier1 ,
Vinzenz Wand1 , Antonio Francisco Garcia Marin1 , Felipe
Guzman Cervantes1 , Sascha Skorupka1 , Michael Tröbs2 ,
Gerhard Heinzel1 und Karsten Danzmann1 — 1 Max-PlanckInstitut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) Teilinstitut
der Universität Hannover, Callinstrasse 38, D-30167 Hannover — 2 Laser
Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Die LISA-Pathfinder-Weltraummission ist ein Technologiedemonstrationsmission für den darauffolgenden Bau des ersten nicht erdgebundenen Gravitationswellen-Detektors LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Der Einfluss von thermischen Fluktuationen auf das Interferometer, insbesondere der der optischen Fenster vor den Testmassen wird
untersucht. Desweiteren werden prinzipielle Fragen geklärt, die die Verwendbarkeit von Polarisationsoptik betreffen. Beide Rauschquellen sind
vorausichtlich durch Temperaturschwankungen dominiert. Diese Untersuchungen sollen dazu beitragen, eine Minimalanforderung für die Temperaturstabilität auf der optischen Bank
der Satelliten zu liefern, die
√
vorausichtlich im Bereich von 10−5 K Hz bei 1 mHz liegen√wird. Dazu
haben wir eine Testkammer mit einer Stabilität von 10−3 K/ Hz entwickelt, die im Bereich von −5◦ C bis 45◦ C stabilisiert werden kann.
Q 14.6 Di 12:15 HS 204
Ergebnisse der SMART-2/LISA-Pathfinder Phasenmeterentwicklung und der Experimente zur picometergenauen Heterodyninterferometrie — •Vinzenz Wand, Gerhard Heinzel, Antonio Garcia, Frank Steier, Felipe Guzman und Karsten Danzmann — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik (Albert-EinsteinInstitut), Institut für Atom- u. Molekülphysik der Universität Hannover,
Callinstrasse 38, D-30167 Hannover
Im Rahmen der Design- und Testphase der LISA-Pathfinder (LPF)
Interferometrie wurde ein digitales, FFT-basiertes Phasenmeter zur picometergenauen Abstandsüberwachung zweier freifliegender Testmassen entwickelt und dessen Rauschverhalten eingehend charakterisiert.
Nach Identifizierung und Beseitigung vieler Rauschquellen erreicht die
Phasenmessung
von Signalen im kHz-Bereich eine Empfindlichkeit von
√
10−5 rad/ Hz im Fourierfrequenzbereich von 3-30 mHz - dem Messfenster von LISA-Pathfinder.
In einem Tischexperiment wurde das Interferometriekonzept der LISA90
Pathfinder Mission umgesetzt und umfassend getestet. Es konnte gezeigt
werden, dass
√ die für Abstandsänderungen mit einer Genauigkeit von
< 10 pm/ Hz detektiert werden können. Nach Abschluss der Designund Testphase der LISA-Pathfinder Interferometrie beginnt nun unter
Einbeziehung der gewonnenen Erkenntnisse die Integrationsphase deren
Ergebnis ein Engineering Model der LISA-Pathfinder Interferometrie ist.
rial, which induces change in the average refractive index of the material
via the electro-optic effect. This results in a strong electric field selectivity and provides the possibility to record and retrieve several holograms
in the same volume of the material. This technique of Electric Field Multiplexing can be used e.g. for optical memory systems or the electrical
control of the Transfer Function of Optical Filters. In our presentation,
we will demonstrate the switching of holographic lenses with different
focal lengths. Each hologram was recorded in LiNbO3 at an appropriate
external electric field in counterpropagating geometry. To switch on a
particular hologram, one has to merely apply the specific electric field.
The advantage of this technique is that the switching time depends just
on the resources and potentiality to apply the external electric field to
the material. According to our estimations it could be up to nanoseconds.
We will present the theory and experimental results and discuss possible
applications.
Q 14.7 Di 12:30 HS 204
Electrical control of holographic lenses exploiting the technique of electric field multiplexing — •Poonam Arora1,2 , Victor
Petrov1 , Jürgen Petter1 , Kehar Singh2 , and Theo Tschudi1 —
1
Institut für Angewandte Physik, TU-Darmstadt, D-64289 Darmstadt
— 2 Department of Physics, Indian Institute of Technology, New Delhi110016
The Bragg condition for volume holograms in electro-optic crystals can
be controlled by applying an external electric field to the recording mate-
Q 15 Quanteneffekte I
Raum: HS 218
Q 15.1 Di 11:00 HS 218
Ein quantenmechanisches Modell für den Energietransfer zwischen dielektrischen Körpern — •Daniel Reddig, Maciej Janowicz und Martin Holthaus — Institut für Physik, Carl von Ossietzky
Universität Oldenburg, D-26111 Oldenburg
Das Problem des Strahlungswärmetransports zwischen dielektrischen
Körpern wird vom Standpunkt der Quanten-Elektrodynamik analysiert.
Die dielektrischen Eigenschaften der Körper werden als linear vorausgesetzt, aber sie können Dispersion und Absorption zeigen. Die Quantisierung des elektromagnetischen Feldes in inhomogenen, dispersiven und
verlustbehafteten Medien wird mit dem Quantisierungsschema von Huttner und Barnett durchgeführt. Dann wird der elektromagnetische Energiefluß durch den Erwartungswert des Poyntingvektors ausgedrückt. Die
Berechnung des Poytingvektors gelingt mit zwei Techniken, einmal mit
den Heisenbergschen Bewegungsgleichungen, und das andere Mal mit
dem diagrammatischen Keldysh Formalismus. Beide Techniken führen
zum gleichen Ergebnis und liefern eine solide Basis für zukünftige numerische Berechnungen, wie z.B. die Berechnung des Wärmeübertrags bei
einem Rasterthermomikroskop.
tons which are emitted from one NP (donor) into the WGM and then
absorbed by another NP (acceptor) from the same WGM. Silica MS with
40 µm in diameter were fabricated and coated with dye-doped beads
(size: 200 nm) as acceptors. In order to position the donor at will with
nm precision in the evanescent field of the WGM, a 200 nm-diameter red
fluorescent bead, was attached to the end of a SNOM tip. After optical
excitation, fluorescence from the donor into the WGM excited the acceptor. With a beam scanning confocal microscope, light emitted from a
single acceptor was collected and spectrally analysed. We observed energy transfer between two NP, demonstrating the feasibility to realize
well-controllable experiments where two NP interact with each other via
the coupling to shared high-Q modes.
Q 15.4 Di 11:45 HS 218
Pendry-Linse und Strahlungskopplung von Atomen über
makroskopische Abstände — •Jürgen Kästel und Michael
Fleischhauer — TU Kaiserslautern, Fachbereich Physik
Es wird die Strahlungskopplung zweier Atome in den Foki einer
Pendry-Linse mit negativer Brechung analysiert. Dabei wird gezeigt, dass
der Imaginärteil der Greenschen Funktion des elektomagnetischen Feldes
=[G(r1 , r2 , ω)] für die Foki r1 und r2 der Linse identisch ist mit dem
Wert am selben Ort, =[G(r1 , r1 , ω)]. Das führt zum Auftreten eines perfekten subradianten Zustandes der beiden Atome auch wenn der Abstand
der Foki groß gegenüber der Wellenlänge ist. Darüberhinaus bewirkt die
Pendry-Linse eine starke Dipol-Dipol Wechselwirkung. Letztere kann zu
einem vollständigen Transfer von Anregungen von einem Atom auf das
andere genutzt werden mit interessanten Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.
Q 15.2 Di 11:15 HS 218
Cooperative quantum jumps for three dipole-interacting atoms
— •Volker Hannstein and Gerhard C. Hegerfeldt — Institut
für Theoretische Physik, Universität Göttingen, Tammannstr. 1, 37077
Göttingen
We investigate the effect of the dipole-dipole interaction on the quantum jump statistics of three atoms. This is done for three-level systems
in the V and in the D configuration. The transition rates between the
four different intensity periods are calculated in closed form. Cooperative effects are shown to increase by a factor of two compared to two of
either three-level systems. This results in transition rates that are, for
distances of about one wavelength of the strong transition, up to 100 %
higher than for independent systems. In addition, the double and triple
jump rates are calculated from the transition rates. In this case the cooperative effects are even larger. Nevertheless, for the parameters of an
experiment with Hg+ ions the effects are negligible, in agreement with
the experimental data. This seems to indicate that the large cooperative
effects observed experimentally for three Ba+ ions can not be explained
by the dipole-dipole interaction.
Q 15.5 Di 12:00 HS 218
A solid state single photon source with Si-V center in diamond
— •Chunlang Wang1 , Christian Kurtsiefer1 , Harald Weinfurter1,2 und Jan Meijer3 — 1 Sektion Physik, Ludwig-MaximiliansUniversität München — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching — 3 Experimentalphysik III Ruhr-Universität-Bochum
We investigate the possibility to use single silicon-vacancy (Si-V) color
centers in diamond as a single photon source. The Si-V center is a point
defect in diamond, which consists of a silicon atom and a vacancy. It
promises to generate single photons within a narrow spectral range at
room temperature efficiently. Such a light source is especially desired for
quantum cryptography.
Si-V centers were successfully produced in IIa diamond by ion implantation. Single Si-V centers can be detected in samples with suitable ion
dose. The nonclassic property of the light from single Si-V centers is
investigated by a Hanbury-Brown-Twiss setup.
Q 15.3 Di 11:30 HS 218
Towards coherent coupling between two nanoparticles mediated by a high-Q microsphere — •Leonardo de S. Menezes1 ,
Stephan Götzinger1 , Andrea Mazzei1 , Oliver Benson1 , and
Vahid Sandoghdar2 — 1 Nano Optik, Institut für Physik, HumboldtUniversität zu Berlin — 2 ETH Zürich, Laboratorium für Physikalische
Chemie
Whispering gallery modes (WGM) in microspheres (MS) experience
very high quality factors, allowing the storage of light in the cavity for
up to microseconds. Single nanoparticles (NP) coupled to these WGM
are promising candidates for controlled cavity-QED experiments and for
quantum information processing. We studied the coupling between two
NP via their interaction with the WGM. Coupling is mediated via pho-
Q 15.6 Di 12:15 HS 218
Gequetschtes Licht bei Seitenbandfrequenzen unter 100 kHz —
•Henning Vahlbruch, Alexander Franzen, Simon Chelkowski,
Nicolai Grosse, Boris Hage, Karsten Danzmann und Roman
Schnabel — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Institut
für Atom- und Molekülphysik der Universität Hannover
Das Quantenrauschen des elektromagnetischen Feldes ist eine der li91
mitierenden Rauschquellen in interferometrischen Gravitationswellendetektoren. Der störende Einfluß des Quantenrauschens kann reduziert werden, wenn gequetschte Vakuumzustände eingesetzt werden. Entscheidend
ist, dass die gequetschten Seitenbandfrequenzen bei den akustischen Frequenzen der zu messenden Gravitationswellen zur Verfügung stehen. Bis-
her sind jedoch gequetschte Zustände fast ausschließlich im MHz-Bereich
nachgewiesen worden. Wir stellen ein Experiment und erste Messergebnisse vor, die, basierend auf einen optischen parametrischen Verstärker
(OPA), gequetschte Vakuumzustände unter 100 kHz demonstrieren.
Q 16 Informationsspeicherung, Wellenleitung und Informationsübertragung
Raum: HS 223
Q 16.1 Di 11:00 HS 223
Mikroholographische Datenspeicherung I: Schreiben und Lesen
im Submikrometerbereich — •Enrico Dietz, Sven Frohmann,
Christian Müller, Susanna Orlic und Hans J. Eichler — Optisches Institut, TU Berlin, Straße des 17. Juni, 10623 Berlin
Aufbauend auf der CD/DVD Technologie wird ein optisches System
entwickelt, das digitale Daten in ein photoempfindliches Medium speichert, wobei die Pits und Lands durch stark lokalisierte holographische
Reflexionsgitter ersetzt werden.
Diese Mikrogitter werden durch die Überlagerung zweier gegenläufiger,
stark fokussierter Laserstrahlen erzeugt, deren Interferenzmuster zu einer
Modulation des Brechungsindex im Speichermedium führt. Durch Beugung des Lesestrahls an den so erzeugten Phasengittern werden die eingeschriebenen Daten als lokale Reflexionsänderungen der Speicherschicht
detektiert.
Das Schreib-/Lesesystem wird vorgestellt, mit dem Bitmuster mit
Bitabständen von < 1 µm demonstriert wurden. Die Wechselwirkung zwischen dicht benachbarten Mikrogittern wird untersucht, um die Speicherdichte zu maximieren.
beim Fokussieren in ein dielektrisches Medium (Fresnelverluste, Fokusgrößenänderungen, Aberrationen) werden diskutiert.
Q 16.4 Di 11:45 HS 223
Phasenrauschen
in
mikrostrukturierten
Glasfasern —
•Alexander Korn, Stefan Lorenz, Oliver Glöckl, Christoph
Marquardt, Ulrik L. Andersen und Gerd Leuchs — Institut
für Optik, Information und Photonik, Max-Plack Forschungsgruppe,
Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7/B2, 91058 Erlangen
Licht das durch Glasfasern propagiert erfährt Phasen- und Polarisationsrauschen durch Vorwärtsstreung von Photonen an akustischen Phononen. Dieser Effekt, der als Guided Acoustic Wave Brillouin Scattering (GAWBS) bekannt ist, ist ein limitierender Faktor bei quantenoptischen Experimenten mit Glasfasern. In mikrostrukturierten Fasern ist
der lichtführende Kern vom äußeren Mantel durch eine Lochstruktur mechanisch isoliert. Akustische Moden des Mantels sollten deshalb im Kern
stark unterdrückt sein. Mit einem Homodynaufbau konnten wir Phasenund Amplitudenrauschen messen, das von der Faser dem Licht aufgeprägt wurde. Wir zeigen Messungen des Phasenrauschens in verschieden
mikrostrukturierten Glasfasern. Dabei zeigt sich, dass die akustischen
Moden der Fasermäntel im Bereich bis zu 300 MHz stark unterdrückt
sind.
Q 16.2 Di 11:15 HS 223
Mikroholographische Datenspeicherung II: Charakterisierung
von Photopolymeren — •Sven Frohmann, Enrico Dietz, Christian Müller, Susanna Orlic und Hans J. Eichler — Optisches
Institut, TU Berlin, Straße des 17. Juni, 10623 Berlin
Photopolymere als holographische Speichermaterialien zeichnen sich
durch eine hohe Photoempfindlichkeit, eine hohe Brechzahlmodulation,
ein hohes Auflösungsvermögen, gute optische Eigenschaften, lange Lebensdauer und hohe Flexibilität aus.
Wir berichten über Untersuchungen am Aprilis Photopolymer ULSH500. Ziel der Untersuchungen ist es, optimale Belichtungsparameter zu
finden, bei denen mikrolokalisierte Reflexionsgitter mit hoher Beugungseffizienz entstehen.
Zur Ermittlung der optimalen Belichtungsparameter werden verschiedene Belichtungsalgorithmen getestet. Hierzu werden die Einflüsse der
Belichtungsintensität und −zeit, einer Vor- und Nachbelichtung sowie
des Schreibsystems auf die Eigenschaften der Mikrogitter untersucht. Die
Optimierung erfolgt schrittweise mit dem Ziel, ein gutes Signal-RauschVerhältnis und eine hohe Speicherdichte zu erreichen.
Q 16.5 Di 12:00 HS 223
Ausbreitung von Lichtimpulsen in nichtperiodischen Dispersionsstrukturen — •Michael Böhm und Fedor Mitschke — Fachbereich Physik, AG Optik, Universität Rostock, 18055 Rostock, Universitätsplatz 3
Bei der Ausbreitung von Lichtimpulsen, wie sie in der Hochgeschwindigkeitsnachrichtenübertragung verwendet werden, spielen die Dispersion
der Gruppengeschwindigkeit (GVD) und die Selbstphasenmodulation eine wichtige Rolle. Um höhere Datenübertragungsraten zu erreichen, ist
es von Vorteil, sog. optische Solitonen zu benutzen, da sich bei diesen
beide Effekte in ihren Wirkungen kompensieren. Mit einer periodischen
Anordnung von Glasfasern mit unterschiedlicher GVD, sog. dispersi”
on management“, lassen sich weitere störende Effekte unterdrücken. In
realen Datenübertragungssystemen läßt sich diese von der Theorie geforderte exakte Periodizität aber nicht beliebig genau verwirklichen. Wir
haben untersucht, wie sich die Abweichung von der Periodizität auf die
Ausbreitung auswirkt. Diskutiert werden die Verluste, die aufgrund der
nichtperiodischen Anordnung entstehen.
Q 16.3 Di 11:30 HS 223
Mikroholographische Datenenspeicherung III: Numerische
Gittermodellierung — •Peter Kümmel1,2, Susanna Orlic1 und
Hans J. Eichler1 — 1Optisches Institut, TU Berlin, Straße des 17.
Juni, 10623 Berlin — 2 [email protected]
Beim Schreiben von Mikrogittern wird das von den zwei fokussierten Laserstrahlen erzeugte Interferenzmuster in das Photopolymer
übertragen. Die Entstehung dieses Interferenzmusters wird numerisch
modelliert. Das wellenoptische Modell ist nicht auf den paraxialen Bereich beschränkt (Debye’sche Näherung) und berücksichtigt die Vektornatur des Lichts. Mit dem Ziel, die kleinstmöglichen Gitter zu erzeugen, wird die Auswirkung der Polarisationsform (linear, zirkular, radial,
azimuthal) auf die Fokusgröße untersucht. Die Einflüsse von Dejustierungen, sphärischen Aberrationen und zusätzlichen Blenden auf Kontrast
und Ausdehnung des Interferenzmusters werden simuliert. Die Effekte
Q 16.6 Di 12:15 HS 223
Quarzfasern mit entspiegelten Endflächen: Transmission und
Zerstörschwellen — •Stefan Meister, Thomas Riesbeck, Chris
Scharfenorth und Hans-Joachim Eichler — Technische Universität Berlin, Optisches Institut, Straße des 17. Juni, 10623 Berlin
Standard-Quarzfasern mit 200µm Kerndurchmesser wurden mit Ta2 O5
— SiO2 Schichten entspiegelt, so daß Transmissionen von über 99,5 %
bei 20 cm Faserlänge und optimaler Einkopplung erzielt wurden. Die Fasern erlauben die Übertragung von Pulsenergien bis zu 2 mJ mit 1064
nm Wellenlänge bei einer Pulsdauer von 30 ns. Die Zerstörschwelle der
beschichteten Fasern wurden nach DIN ISO 11245: 1-on-1 Test bestimmt
und lagen etwa 60 % unter der Zerstörschwelle von unbeschichteten Fasern.
92
Q 17 Teilchenoptik
Raum: HS 224
Q 17.1 Di 11:00 HS 224
Interacting atoms in shallow optical lattices — •Andrey R.
Kolovsky1,2 and Andreas Buchleitner1 — 1 Max-Planck-Institut
für Physik komplexer Systeme, D-01187 Dresden — 2 Kirensky Institute
of Physics, Ru-660036 Krasnoyarsk
We study the spectral and dynamical properties of cold spinless atoms
in optical lattices using the Bose-Hubbard formalism, i.e. beyond the
mean field approximation. In the case of relatively shallow lattices, where
the interaction energy is of the same order as the atomic kinetic energy, the energy spectrum of the system is found to obey Wigner-Dyson
statistics (for the Gaussian orthogonal ensemble) and, hence, it can be
considered as a quantum chaotic system. This property of ‘chaoticity’ is
shown to have a number of important physical consequences. In particular, we consider the response of the system to a static force. Neglecting the
atom-atom interaction, this response would be periodic Bloch oscillations
of the mean atomic momentum. The atom-atom interaction profoundly
modifies these oscillations, which are now quasiperiodic in the case of a
strong static force, and decay irreversably, for a weak static force. These
two different dynamical regimes are shown to be a manifestation of an
‘order-to-chaos’ transition in the system, with the magnitude of the static
force as the control parameter.
Q 17.4 Di 11:45 HS 224
Three level atom optics via the tunneling interaction — •Kai
Eckert1 , Maciej Lewenstein1 , Ramon Corbalán2 , Gerhard
Birkl3 , Wolfgang Ertmer3 , and Jordi Mompart2 — 1 Institut für
theoretische Physik, Universität Hannover, Germany — 2 Departament
de Fı́sica, Universitat Autònoma de Barcelona, Spain — 3 Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover, Germany
We propose spatial analogues of the stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP), coherent population trapping (CPT), and electromagnetically induced transparency (EIT) techniques as tools to coherently
and robustly manipulate external degrees of freedom of trapped neutral
atoms. These techniques are realized using the tunneling interaction between three trapped states. We analyze the implementation in arrays of
optical microtraps and discuss possible applications.
Q 17.5 Di 12:00 HS 224
Atomic Nanofabrication using a Nanopencil — •Martin
Müller, Mario Mützel, Dietmar Haubrich, Ulrich Rasbach,
and Dieter Meschede — Institut für Angewandte Physik der
Universität Bonn
The atomic nanopencil introduces a serial method for Atomic Nanofabrication. It has been realized in our group for the first time at the micron size level. The flux of a transversely laser cooled cesium beam is
spin-polarized and further enhanced with a magnetic quadrupole, which
channels the atoms onto an aperture with a diameter on the order of
hundreds of nanometers. This aperture defines the feature size of the
written structures. By moving a substrate behind the aperture, we can
create arbitrary patterns. The general scheme as well as our results will
be presented in the talk.
Q 17.2 Di 11:15 HS 224
A classical scaling theory of quantum resonances — •Sandro
Wimberger1,2 , Andreas Buchleitner1 , Italo Guarneri2 , and
Shmuel Fishman3 — 1 Max-Planck-Institute for the Physics of Complex Systems, Nöthnitzer Str. 38, D-01187 Dresden — 2 International
Centre for the Study of Dynamical Systems, Università degli Studi dell’
Insubria, Via Valleggio 11, I-22100 Como — 3 Physics Department, Technion, Haifa IL-32000
Atom optics provides techniques for the study of periodically driven
quantum systems with highly complex dynamics on the quantum as well
as on the classical level. Recent experiments have scanned the dynamical regimes of δ-kicked atoms, and have investigated in particular the
quantum-resonance peaks at integer multiples of the half Talbot time
[1]. These quantum resonances can be characterised with the help of a
fictitious classical limit, establishing a direct correspondence between the
nearly resonant quantum motion and the classical nonlinear resonances
of a related system [2]. A scaling law which describes the structure of
the resonant peaks is derived, and numerically demonstrated. The peak
widths show a sharp sub-Fourier behaviour in time [3]. This reflects the
high sensitivity of the quantum-chaotic δ-kicked rotor with respect to
slight variations in the detuning from resonance.
Q 17.6 Di 12:15 HS 224
Vergleichende Messung der Schwerebeschleunigung mittels Atominterferometrie — •Sebastian Fray1,2 , Cristina
Alvarez1,3 , Theodor W. Hänsch1,3 und Martin Weitz2 — 1 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching — 2 Physikalisches
Institut der Universität Tübingen, 72076 Tübingen — 3 Sektion Physik
der Universität München, 80799 München
Atominterferometer werden heutzutage zur Präzisionsmessungen des
Photonenrückstoßes und des Absolutwerts der Gravitationsbeschleunigung der Erde eingesetzt. In diesen Experimenten werden die Wellenpackete in unterschiedlichen internen atomaren Zuständen präpariert,
was mit Schwierigkeiten durch systematische Effekte, wie den AC-Stark
Effekt, verbunden ist. Wir präsentieren ein gepulstes Atominterferometer in einem atomaren Springbrunnen, basierend auf der Projektion der
atomaren Wellenpackete auf einen Dunkelzustand. Der Dunkelzustand
besteht aus einer kohärenten Superposition von Impulseigenzuständen,
die sich alle in dem gleichen internen Zustand befinden. Im atomaren
Springbrunnen erreichen wir zur Zeit Wechselwirkungszeiten des Interferometers von 40 ms. Mit dem Aufbau konnten wir bereits eine vergleichende Messung der Schwerebeschleunigung der Erde für die Rubidiumisotope 85 Rb und 87 Rb sowie für die beiden Hyperfeingrundzustände des
Rubidiumisotops 85 Rb durchführen, wobei eine relative Genauigkeit von
1, 7 · 10−7 bzw. 1, 2 · 10−7 erreicht wurde.
[1] M.B. d’Arcy et al., quant-ph/0307034
[2] S. Wimberger et al., nlin.CD/0302018
[3] S. Wimberger et al., Nonlinearity 16, 1381 (2003)
Q 17.3 Di 11:30 HS 224
Atomic waveguides with periodic structures: the role of quantum reflection — •Helge Kreutzmann1 , Anna Sanpera1 , Gerhard Birkl2 , Maciej Lewenstein1 , and Wolfgang Ertmer2 —
1
Institut für theoretische Physik, Universität Hannover, Germany —
2
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Germany
The trapping and guiding properties of atom waveguides permit an
unprecedent precision in the manipulation of cold ensembles of atoms as
well as coherent BEC samples. Nowadays, new ideas originally emerging
from the field of optics are investigated in the area of ultra-cold gases.
Here, we study the role of quantum reflections when an ultra-cold atomic
wave-packet enters and propagates inside a quasi one-dimensional atom
waveguide with a periodic structure [1,2,3]. The periodicity of the waveguide leads to a Bloch-band energy structure and strongly modifies the
propagation of the ultra-cold atom ensemble inside the guide. One focus
of our study are the conditions for which total reflection due to quantum interferences of the atom ensemble can be achieved and possible
applications arising from it. We also discuss the effects of the transversal
confinement within the waveguide.
[1] Friedman et al, J. Opt. Soc. Am. B 15, 1749 (1998).
[2] G. Grynberg et al., Phys. Rev. Lett. 70, 2249 (1993) .
[3] G. Birkl et. al., Phys. Rev. Lett. 75, 2823 (1995) .
Q 17.7 Di 12:30 HS 224
Materiewellendekohärenz durch thermische Strahlungsemission
— •Klaus Hornberger, Lucia Hackermüller, Björn Brezger,
Anton Zeilinger und Markus Arndt — Institut für Experimentalphysik, Universität Wien, Boltzmanngasse 5, A–1090 Wien
Der Übergang eines Quantenteilchens zum klassischen Verhalten wird
durch die Kopplung an unbeobachtete Umgebungsfreiheitsgrade bestimmt, die mit zunehmender Komplexität des Objekts eine universelle Form annehmen kann. So gilt die vom Objekt ausgehende Wärmestrahlung als einer der wichtigen Dekohärenzmechamnismen, welcher die
Grenze zwischen Quanten- und klassischen Verhalten festlegt. Zur Untersuchung dieses Übergangs bieten sich Fulleren-Moleküle an, da sie
viel Energie speichern können, die in Form kontinuierlicher, thermischer
Strahlung abgegeben wird. Gleichzeitig zeigen diese Teilchen ihre Quantennatur im Interferometer [1], wo sie in räumlichen Überlagerungen auftreten, deren Abstände vergleichbar mit der Wellenlänge der thermischen
Strahlung sind. Wir berichten von einem Experiment, bei dem C70 Fulle93
rene vor dem Eintritt in ein Talbot-Lau Interferometer durch Laserstrahlung kontrolliert aufgeheizt werden. Der beobachtete graduelle Verlust an
Interferenzfähigkeit erlaubt den direkten Vergleich mit den Vorhersagen
mikroskopischer Dekohärenztheorie [2].
[1] B. Brezger et al., Phys. Rev. Lett. 88, 100404 (2002)
[2] L. Hackermüller et al., Nature, im Druck
soziationsenergie aus. Allein die sanfte“ Beugung eines kollimierten
”
Strahls dieser fragilen Quantensysteme in die ersten Ordnungen eines
Nano-Transmissionsgitters ermöglicht gegenwärtig ihre quantitative Untersuchung. Auf diese Weise konnte bereits die Dissoziationsenergie des
Helium-Dimers von nur 0,1 µeV bestimmt werden, welche mit einem enormen Atomabstand von circa 50 Å im Dimer einhergeht [1].
Die in unserer Arbeitsgruppe formulierte Beugungstheorie für schwach
gebundene Moleküle wurde nun weiterentwickelt und erlaubt erstmals
die Auswertung experimenteller Daten für das Helium-Trimer, die in der
Gruppe von J. P. Toennies am MPI für Strömungsforschung aufgenommen wurden. Das Ergebnis von circa 10 Å für den Atomabstand im 4 He3
bestätigt bisherige, rein theoretische Vorhersagen.
[1] R. E. Grisenti, W. Schöllkopf, J. P. Toennies, G. C. Hegerfeldt,
T. Köhler, M. Stoll, PRL 85, 2284 (2000)
Q 17.8 Di 12:45 HS 224
Quantitative Materieoptik mit fragilen van der Waals-Molekülen: Der Atomabstand im Helium-Trimer 4 He3 — G.C. Hegerfeldt und •M. Stoll — Institut für Theoretische Physik, Universität
Göttingen, Tammannstraße 1, 37077 Göttingen
Kleine van der Waals-Moleküle, wie beispielsweise das Helium-Dimer
4
He2 und Trimer 4He3 , zeichnen sich durch ihre äußerst geringe Dis-
Q 18 Quantengase II
Raum: HS 225
Q 18.1 Di 11:00 HS 225
How to STIRAP a vortex — •Gerrit Nandi, Reinhold Walser,
and Wolfgang P. Schleich — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, Germany
We examine an alternative scheme for the optical creation of a superfluid vortex in a trapped Bose-Einstein condensate ([2],[3]), using the
stimulated Raman adiabatic passage (STIRAP) technique [1]. By exposing an oblate, axis-symmetric condensate to two co-propagating laser
pulses, one can transfer external angular momentum from the light field
to the matter wave, if one of the beams is the fundamental Gaussian mode
and the other is a Gauss-Laguerre mode of angular momentum m = 1.
We demonstrate the complete transfer efficiency by numerical integration of the multi-component Gross-Pitaevskii equation and explain the
results with an intuitive and accurate approximation within the ThomasFermi limit. In addition, we discuss residual excitations (breathing modes
[4]) that occur in the 2D regime and present the Bogoliubov excitation
spectrum.
[1] K. Bergmann, H. Theuer and B.W. Shore, Rev. Mod. Phys. 70, 3
(1998)
[2] K.-P. Marzlin, W. Zhang and E. M. Wright, Phys. Rev. Lett. 79, 4728
(1997)
[3] R. Dum, J. I. Cirac, M. Lewenstein and P. Zoller, Phys. Rev. Lett.
80, 2972 (1998)
[4] L. P. Pitaevskii and A. Rosch, Phys. Rev. A. 55, R853 (1997)
Q 18.3 Di 11:30 HS 225
Bright discrete solitons in Bose-Einstein condensates —
•Veronica Ahufinger1 , Anna Sanpera1 , Luis Santos1 , Paolo
Pedri1,2 , and Maciej Lewenstein1 — 1 Institut für Theoretische
Physik, Universität Hannover, D-30167 Hannover, Germany —
2
Dipartimento di Fisica, Università di Trento and BEC-INFM, I-38050
Povo, Italy
We analyze the conditions to generate bright discrete solitons either in
attractive or repulsive one-dimensional Bose-Einstein condensates under
realistic experimental conditions. In the case of positive scattering length
the phase imprinting method is used to reach the so called staggered configuration. In this case the generation of solitons at finite temperature has
also been studied. Our results show that the typical size of the discrete
soliton allows its generation even in the presence of phase fluctuations.
Once generated, the mobility of these entities, established by the presence
of the Peierls-Navarro barrier on one hand and the width on momentum
of the soliton on the other, has been addressed. Motion in the linear
region is only possible if the soliton populates a number of sites large
enough to be localized in momentum space. The generation of localized
structures in higher dimensions than one is also reported.
Q 18.4 Di 11:45 HS 225
Helle Gap-Solitonen für Atome mit repulsiver Wechselwirkung
— •Michael Albiez, Thomas Anker, Bernd Eiermann, Stefan
Hunsmann, Rudolf Gati, and Markus Oberthaler — KirchhoffInstitut für Physik, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 227,
69120 Heidelberg
Nicht-zerfließende Wellenpakete, helle Solitonen, sind ein Musterbeispiel für nichtlineare Wellendynamik. Wir berichten über die erste
experimentelle Realisierung von einer neuen Klasse von Solitonen, die
nur in periodischen Potentialen existieren - helle atomare Gap-Solitonen.
Sie können auch für repulsive Atom-Atom Wechselwirkung entstehen,
wenn diese durch eine anomale lineare Dispersion kompensiert wird. In
unseren Experimenten verwenden wir ein 87 Rb Bose-Einstein Kondensat
in einem quasi-eindimensionalen Wellenleiter. Das periodische Potential
wird durch eine weitverstimmte stehende Lichtwelle realisiert. Durch
Präparation des Kondensats im Bereich anomaler Dispersion[1] können
Gap-Solitonen erzeugt werden. Die gute experimentelle Kontrolle
ermöglicht die Durchführung systematischer Untersuchungen von
Gap-Solitonen. Die Ergebnisse sind in sehr guter Übereinstimmung
mit den theoretischen Vorhersagen eines einfachen eindimensionalen
Modells. Das atomare System erlaubt es, das Soliton in Echtzeit zu
manipulieren und stellt damit ein ideales experimentelles Modell dar,
um nichtlineare Wellenphänomene zu studieren.
[1] B. Eiermann et al., Dispersion management for atomic matter waves,
Phys. Rev. Lett. 91, 060402 (2003)
Q 18.2 Di 11:15 HS 225
Fast rotating Bose-Einstein condensates in nonharmonic traps
— •Sabine Stock, Vincent Bretin, Zoran Hadzibabic, and Jean
Dalibard — Laboratoire Kastler Brossel, Département de Physique de
l’ENS, 24 rue Lhomond, 75005 Paris, France
For rotating BECs in harmonic traps the rotation frequency is limited
by the trap frequency, above which the centrifugal force overcomes the
trapping force and the condensate‘s centre of mass is destabilized. From
a quantum mechanical point of view the single particle ground state first
becomes infinitely degenerate as the rotation frequency is increased, and
then seizes to exist. In traps steeper than harmonic, this problem can be
overcome so that the way to new regimes is opened.
In our experiment we produce condensates of 87Rb in a
quadratic+quartic transverse potential, so that the quartic potential confines the condensate at all rotation frequencies. It was
therefore possible to achieve a fast rotation regime where the vortex
lattice becomes disordered and, for rotations faster than the trap
frequency, completely ”dissolves”.
These experiments represent a step towards regimes where a gas of ultra cold bosons is placed in a potential with a highly degenerate ground
state. We plan to pursue this work towards regimes with much smaller
numbers of atoms, where effects analogue to the Quantum Hall Effect
might be observed.
[1] V. Bretin et al., cond-mat/0307464
Q 18.5 Di 12:00 HS 225
Stochastic simulation of a one-dimensional Bose-gas via factorization of the kinetic energy — •Bernd Schmidt, Lev I. Plimak,
and Michael Fleischhauer — Fachbereich Physik, Technische Univ.
Kaiserslautern
The one-dimensional (1D) δ-interacting Bose-gas is a well suited model
to test the feasibility of numerical methods for a later extension to simulating Bose-gases in general. Exact solutions are known for the homo94
Q 18.7 Di 12:30 HS 225
Quantum Phase Diagram for Bose Gases — •Axel Pelster1 ,
Hagen Kleinert1 , and Sebastian Schmidt2 — 1 Institut für Theoretische Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195 Berlin,
Germany — 2 Department of Physics, Yale University, P.O. Box 208120,
New Haven, CT 06520-8120, USA
We locate the quantum phase transition for a dilute homogeneous Bose
gas in the plane of s-wave scattering length as and temperature T . This
is done by improving a lowest-order result for the thermodynamic potential with the help of recent high-order perturbative calculations on
the leading shift of the critical temperature due to a weak atomic repulsion using variational perturbation theory. The quantum phase diagram
shows a nose above the interaction-free critical temperature Tc(0) , so that
we predict the existence of a reentrant transition above Tc(0) , where an
increasing repulsion leads to the formation of a condensate. Furthermore,
we obtain a similar quantum phase diagram for a bose gas trapped in an
optical lattice as a function of effective scattering length aeff and temperature T .
[1] H. Kleinert, S. Schmidt, and A. Pelster, cond-mat/0307412
geneous interacting gas [1] and predictions for the correlation properties
can be derived by Bogolubov approximations [2,3].
We present an ab initio numerical method for calculating thermal properties of a 1D δ-interacting Bose-gas in a trap. Discretizing the system results in a Bose-Hubbard-like Hamiltonian. The imaginary time evolution
of this Hamiltonian is made computationally accessible by stochastically
factorizing the kinetic energy.
Applying ideas from density-matrix-renormalization-group techniques
to the inhomogenous case allows us to enhance our calculations at low
temperatures. We compare our numerical results to analytic predictions, covering the whole range from the Gross-Pitaevskii to the TonksGirardeau regime.
[1] E. H. Lieb and W. Liniger, Phys. Rev. 130, 1605 (1963).
[2] D. S. Petrov, G. V. Shlyapnikov, and J. T. M. Walraven, Phys. Rev
Lett. 85, 3745 (2000).
[3] M. Olshanii and V. Dunjko, Phys. Rev. Lett. 91 (2003).
Q 18.6 Di 12:15 HS 225
Bose-Einstein Condensation Temperature of a Homogenous
Weakly Interacting Bose Gas — •Boris Kastening — Institut für
Theoretische Physik, Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, D-14195
Berlin
The shift of the transition temperature of a homogenous Bose gas of
particle density n due to a weak interaction, parametrized by the scattering length a, has the form ∆Tc /T0 = c1 an1/3 +[c02 ln(an1/3 )+c002 ](an1/3 )2 +
· · ·. While c02 is exactly known, c1 and c002 depend on critical fluctuations
and have to be determined by non-perturbative methods. We use variational perturbation theory through seven loops to determine c1 [1] and
the non-perturbative contribution to c002 [2]. The latter contribution also
provides the only non-perturbative input needed for the corresponding
expansion through second order in an arbitrarily wide harmonic trap.
[1] B.Kastening, Phys.Rev.A 68, 061601(R) (2003) [cond-mat/0303486];
cond-mat/0309060.
[2] B.Kastening, in preparation.
Q 18.8 Di 12:45 HS 225
Phase transition of trapped interacting Bose gases — •Oliver
Zobay, Georgios Metikas, and Gernot Alber — Theoretical
Quantum Physics, Technical University Darmstadt, 64289 Darmstadt,
Germany
We investigate the phase transition of interacting Bose gases in general power-law traps in the thermodynamic limit. Using Wilson’s energyshell renormalization and the epsilon-expansion, we evaluate the partition function for the symmetric gas phase within a renormalization group
framework. Results for the critical temperature are compared to a meanfield theory for trapped Bose gases. For the special cases of harmonic and
homogeneous traps, we find the RG approach to agree well with existing
results.
Q 19 Poster Festkörper- und Halbleiterlaser
Grundzustandslaser mit der Emissionswellenlänge von 946 nm dient als
Ausgangspunkt. Verschiedene Kristallsysteme wurden zu diesem Zweck
gezüchtet und spektroskopisch untersucht, darunter das GdScAlG- und
das YScAlG-System. Es wurden Lasertests mit den gezüchteten Kristallen durchgeführt, sowie Strahlungstests zur Überprüfung der Weltraumtauglichkeit.
Q 19.1 Di 14:00 Schellingstr. 3
Verstärkung von Cr4+ :Nd3+ :YAG Microchiplaserpulsen in einem Yb-Faserverstärker — •Christian Bohling1 , Claus Romano1 , Ali Khorsandi1 , Ulrike Willer1 , Wolfgang Schade1 ,
Matthias Reich2 , Holger Zellmer2 und Andreas Tünnermann2
— 1Institut für Physik und Physikalische Technologien, Technische Universität Clausthal, 38678 Clausthal, Germany — 2Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller Universität Jena, Max-Wien-Platz
1, 07743 Jena, Germany
Ein Diodenlaser gepumpter (λ = 808 nm, P = 2 W) Cr4+ Nd+3 :YAG
Microchiplaser erzeugt bei λ = 1064 nm Pulse mit einer Dauer von 800
ps, einer Pulsenergie von 10 µJ und einer Wiederholrate von bis zu
20 kHz. Diese Pulse werden zur Verstärkung in eine hochdotierte YbDoppelkernfaser (Nufern, Pumpkerndurchmesser 250 µm, NA 0,45; Laserkerndurchmesser 30 µm, NA 0,06; Faserlänge: 2,5 m) eingekoppelt
und anschließend spektroskopisch charakterisiert. Die Faser wird mit einer Hochleistungs-cw-Pumpdiode (Jenoptik) bei λ = 976 nm und einer
maximalen optischen Leistung P = 50 W von der gegenüberliegenden
Seite gepumpt. Es werden Verstärkungen bis zu einem Faktor 20 beobachtet. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass der Microchiplaser unter
geeigneten Pumpbedingungen stabil auf zwei Moden mit einem Abstand
von 150 GHz läuft, die beide in der Yb-Faser verstärkt werden. Die Ergebnisse werden in Hinblick auf den Einsatz eines solchen kompakten
Lasersystems für die Erzeugung von THz Strahlung durch optische Frequenzmischung diskutiert.
Aufbau eines cw-Faserverstärkers für 1014 nm — •Mathias Sinther, Patrick Villwock und Thomas Walther — TU Darmstadt,
Institut für Angewandte Physik, Schlossgartenstr. 7, D-64289 Darmstadt
Faserverstärker sind nicht nur in der Telekommunikation von großer
Bedeutung, sondern haben in den letzten Jahren auch zunehmend in anderen Anwendungen an Bedeutung gewonnen. In diesem Beitrag soll ein
Faserverstärker für die Wellenlänge 1014nm vorgestellt werden für den eine Ytterbium-dotierte double-clad-Faser verwendet wird. Zunächst wurden einige Vorab-Experimente bei 1064nm durchgeführt, da hier keine
Absorption im Faserkern auftritt. Anschließend wurde zu 1014nm übergegangen, wobei hier die Faser zur Unterdrückung der Absorption mit
flüssigem Stickstoff gekühlt wird. Außerdem sollen Einflüsse von Fasergeometrie und Faserlänge auf die Ausgangsleistung diskutiert werden.
Diodenlaser mit optischer Rückkopplung von einem Gitter und
einem externen Resonator — •Andreas Wicht1 , Philipp Huke2 , Rolf-Hermann Rinkleff2 und Karsten Danzmann2,3 —
1
Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Experimentalphysik, Universitätsstr. 1, D-40225 Düsseldorf — 2 Institut für Atom-und
Molekülphysik, Universität Hannover, Callinstr. 38, D-30167 Hannover
— 3 Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Callinstr. 38, D-30167
Hannover
Es werden theoretische und experimentelle Ergebnisse der Realisierung eines Konzeptes zur Stabilisierung von Laserdioden mittels optischer
Rückkopplung vorgestellt. Das Konzept beruht auf der Kombination des
Verschiebung der Emissionswellenlänge in Nd-dotierten
Granat-Kristallen von 946 nm bis 935 nm — •Bilge Ileri,
Christoph Czeranowsky, Klaus Petermann und Günter
Huber — Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg
Zur satellitengestützten Untersuchung von atmosphärischem Wasserdampf mit Hilfe des DIAL-Verfahrens (differential absorbtion lidar)
wird ein Laser benötigt, dessen Wellenlänge auf den Absorbtionslinien
des Wasserdampfes bei 935 nm oder bei 942 nm liegt. Der Nd:YAG95
Littman-Aufbaus mit dem Prinzip der Rückkopplung von einem externen
Resonator Hollberg − Laser. Anders als die bisher veröffentlichten Systeme wird hier der externe Resonator über die erste Beugungsordnung
des Gitters angekoppelt. Die Untersuchungen zeigen, dass die Wahl einer
geeigneten Resonatorgeometrie von entscheidender Bedeutung für einen
stabilen Betrieb des Lasers ist. Mit dem hier vorgestellten Lasersystem
konnte eine Durchstimmbarkeit von 36 nm bei einer Zentralwellenlänge
von 852 nm erreicht werden. Der kontinuierliche Durchstimmbereich betrug mehr als 45 GHz. Das Lasersystem lässt sich ähnlich zuverlässig wie
ein Gitterlaser betreiben, erreicht dabei aber die von Hollberg-Lasern bekannten niedrigen Linienbreiten. Eine Beat-Messung mit einem HollbergLaser ergab eine Kurzzeit-Linienbreite für das Spektrum des Beat-Signals
von 60kHz; diese Linienbreite war durch Frequenzrauschen bei FourierKomponenten akustischer Frequenzen bestimmt.
Raman transitions are a powerful tool for probing and manipulating
atoms and molecules. In our Rb spinor BEC experiment, we apply Raman transitions for coherent population transfer between the hyperfine
ground states. A Raman transition requires a bichromatic coherent light
field, i.e. two lasers with a certain frequency offset but fixed phase relationship [1].
Our Raman laser system consists of two extended cavity diode lasers:
one (the master) runs free or can be frequency stabilized by standard
spectroscopic techniques, the other one (slave) is phase stabilized at a
frequency offset of about 6.8 GHz relative to the master. The fixed phase
relationship between the two is maintained by an optical phase locked
loop (OPLL) comprising three steps of phase detection: a fast photodiode,
a microwave mixer and a digital phase/frequency discriminator (PFD).
The monotonic response of the PFD provides an extended capture range
of the servo loop (+/-10 MHz).
The Raman laser systems has been used to measure a mixed spin
channel Feshbach resonance of Rb-87 [2]. Future plans include coherent
coupling of the F=2 (antiferromagnetic) and F=1 (ferromagnetic) states
of a spinor condensate and the preparation of filled solitons.
[1] M. Prevedelli et al., Appl. Phys. B 60, 241-248 (1995)
[2] M. Erhard et al., cond-mat/0309318 (2003)
Scaling the single mode output power of tapered amplifier lasers
by coherent addition — •Rudolf Neuhaus, Marvin Kurz, Frank
Lison, and Wilhelm Kaenders — TOPTICA Photonics AG, Fraunhoferstr. 14, 82152 Martinsried/München
We describe a laser system in which the output of two tapered amplifier
systems is coherently added. The tapered amplifiers are seeded by a common grating stabilized external cavity diode laser, generating two beams
with identical properties (single mode, narrow linewidth, low noise) and
similar beam profile. Their coherent addition requires the measurement of
and control over the relative phase between them. The coherent addition
is realized using two orthogonal [1] as well as two identical polarizations
and both approaches are compared. Control over the relative phase can
be attained with a piezo mounted beam combiner as well as frequency
and/or current modulation of the master or one of the two amplifiers.
The coherent addition of two orthogonally polarized beams proved to
be the most practical and efficient method resulting in a combined beam
that holds up to 1.9 times the power of a single beam. Behind a single
mode fiber even more than twice the power of a single fiber coupled tapered amplifier system is achieved. A very high degree of coherence is
maintained (γ = 0.969).
Using the latest generation of tapered amplifier chips, an output power
of more than 2 W can be reached by maintaining a high beam quality
(M2 ≤ 1.3). Being scalable, this approach enables higher power laser
sources with the same favourable properties.
[1] Singer et al., Opt. Comm. 218, 371-377 (2003)
Random-Lasertätigkeit in laserablatierten ZnO Schichten —
•Michael Esselborn, Sandra Börner, V. Narajanan, Christoph Bauer und Wolfgang Schade — Institut für Physik und
Physikalische Technologien, TU-Clausthal
Zinkoxid Schichten mit einer Dicke zwischen 1 und 5 µm werden
durch Laserablation bei 308 nm in einer Sauerstoffatmosphäre auf geheizten Substraten hergestellt. Eine Verschiebung der Bandkante auf
3.87 eV wird durch Dotieren mit 10% Aluminium erreicht. Als Substratmaterialien werden Quarz und Saphir verwendet. Die Qualität der
hergestellten ZnO Schichten wird topographisch durch AFM und spektroskopisch durch NSOM charakterisiert. Eine Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit wird durch Laserablation mit Femtosekundenpulsen erzielt. Alternativ werden ZnO Nanodrähte über einen VLS (VaporLiquid-Solid) Mechanismus hergestellt. Erste Ergebnisse zur RandomLasertätigkeit und zur Erzeugung von laserinduzierten DFB Strukturen
in diesem Material werden vorgestellt und diskutiert.
A Raman laser system for the Rb-87 D2 line — •Jochen
Kronjäger, Michael Erhard, Holger Schmaljohann, Kai
Bongs, and Klaus Sengstock — Institut f. Laserphysik, Luruper
Chaussee 149, D-22761 Hamburg
Q 20 Poster Ultrakurze Lichtimpulse
Charakterisierung hochintensiver Laserpulse — •Friederike
Ewald, Heinrich Schwoerer und Roland Sauerbrey — Institut
für Optik und Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena,
Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena
Wir stellen unseren Hochintensitätslaser vor. Die erreichbare Spitzeninstensität beträgt gut 1020 W/cm2 bei einer Pulsdauer von 70 − 80 fs,
einer Pulsenergievon 700 mJ (1200 mJ vor der Komprimierung) und einer Fokusfläche von 5 µm2 . Die Diagnostik zur Charakterisierung solch
hochintensiver Laserpulse umfaßt eine Pulsdauermessung und eine Vorpulsmessung mit hoher Dynamik, sowie eine Messung der Verkippung
der Pulsfront, eine Energiemessung im Fokus und eine Messung der Fokusgröße. Diese Methoden werden detailliert vorgestellt.
Wir diskutieren kurz einige Anwendung eines solchen Lasers, für die Erzeugung hochenergetischer Elektronen, Bremsstrahlung und lasergetriebener Kernreaktionen.
Für die Erzeugung und Anwendung von ultrakurzen Lichtimpulsen ist
die Kenntnis der Dispersion wichtig, da diese zu einer zeitlichen Verbreiterung der Wellenpakete führt. Wir haben verschiedene Meßverfahren
untersucht, mit denen man die Dispersion von optischen Komponenten
bestimmen kann. Mehrere Varianten von Weißlichtinterferometern werden vorgestellt und diskutiert. Die Meßmethoden wurden auf verschiedene optische Komponenten angewendet, wie z. B. Kristalle, Spiegel,
Resonatoren und Glasfasern verschiedenen Typs.
Gezielte Beeinflussung der Pulsdauer bei synchron gepumpten
OPOs. — •Martin Stratmann und Fedor Mitschke — Fachbereich Physik, Universität Rostock, 18051 Rostock
Die Pulsdauer von synchron gepumpten Lasern wurde vor ein paar
Jahren [1,2] systematisch untersucht und durch ein einfaches Modell beschrieben. Es konnte gezeigt werden, dass sie im Wesentlichen durch zwei
Zeitskalen bestimmt wird: einerseits die Pumppulsdauer τp , andererseits
die Filterzeit τf = 1/ωc , die sich aus der Bandbreite des gepumpten Resonators ωc ergibt und die durch selektive Elemente beeinflusst wird. Dieses
Modell wurde auf eigene Messungen sowie Literaturberichte zahlreicher
Autoren an etlichen verschiedenen Lasern in der Literatur angewendet
und lieferte eine bessere Übereinstimmung als frühere Modelle. Direk-
Dispersionsmessung an optischen Komponenten — •Michael
Böhm, Martin Stratmann und Fedor Mitschke — Fachbereich
Physik, AG Optik, Universität Rostock, 18055 Rostock, Universitätsplatz
3
96
te Messungen an synchron gepumpten OPOs waren allerdings zu der
Zeit nicht möglich. Dies wird jetzt nachgeholt; Parameter eines synchron
gepumpten OPOs werden variiert und jeweils die Ausgangspulsdauer registriert. Auch hier entspricht die gemessene Abhängigkeit dem nach dem
Modell erwarteten Verhalten.
[1] F. Mitschke et. al. Appl. Phys. B 62, 375-379 (1996).
[2] U. Morgner et. al. Appl. Phys. B 66, 145-152 (1998).
dispersive Spiegel können aus einem Ti:Saphir-Oszillator Pulsdauern unter 50 fs mit einer Pulsspitzenleistung über 3 MW demonstriert werden.
Formung von Pulsen mit oktavbreiten Spektren mittels eines
Prismen-LCD-Pulsformers — •Thomas Binhammer1 , Eva Rittweger1 , Richard Ell2 und Uwe Morgner1 — 1 MPI für Kernphysik,
Heidelberg — 2 Massachusetts Institute of Technology, Cambridge
Die Erzeugung ultrakurzer Laserpulse mit oktavbreiten Spektren und
deren Verwendung in Experimenten erfordert eine genaue Kontrolle der
Dispersion.
Das ideale Werkzeug hierzu ist ein Pulsformer, der mit Hilfe eines
Flüssigkristalldisplays eine unabhängige Einstellung der verschiedenen
Dispersionsordnungen ermöglicht. Zur räumlichen Aufspaltung der Spektralkomponenten verwenden wir hochbrechende Prismen, da bei Gittern
die Ordnungen bei oktavbreiten Spektren überlappen und außerdem die
Beugungseffizienzen bei dieser hohen Bandbreite relativ gering sind. Dieses Problem tritt bei Prismen nicht auf, allerdings muss nun deren Materialdispersion kompensiert werden.
Der Verlauf der spektralen Phase kann durch Anlegen einer geeigneten
Spannungsfunktion an den LCD-Modulator optimiert werden. Ziel ist es,
den mittels des SPIDER-Verfahrens gemessenen spektralen Phasenverlauf auszugleichen, und damit Fourier-limitierte Pulse einer Dauer unter
5 fs direkt aus dem Laser zu verwirklichen.
Generation of ultrashort laser pulses at 1 kHz repetition
rate with 7 mJ pulse energy using a liquid nitrogen cooled
Ti:Sapphire amplifier system — •M. Silies, J. Kutzner, G.
Tsilimis, J. Brockkamp, and H. Zacharias — Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universtität, Münster, Wilhelm-Klemm-Str.
10, 48149 Münster
We report on the development of a compact, table-top laser source at
1 kHz repetition rate based on Ti:Sapphire with a pulse energy of 7 mJ
as a tool to generate hard x-rays as well as High Harmonics.
The set-up consists of a commercially available oscillator-amplifier
CPA system and a second multipass amplifier with the Ti:Sapphire crystal cooled by liquid nitrogen to 93 K to increase the thermal conductivity
and therefore avoid the thermal lens formed by the pumping lasers. The
output energy of 7 mJ was obtained while pumping the crystal with total
40 W of two frequency doubled Nd:YLF lasers. The following pulse compressor consists of two triple-prism sequences, compressing the stretched
laser pulses to nearly transform-limited 45 fs pulses. The performance of
the nitrogen cooled amplifier concerning pulse duration and pulse energy
is discussed and compared to theoretical calculations.
Dual pulse femtosecond laser induced breakdown spectroscopy
— •Tobias Witting1,2 , Makis Bakarezos2 , Demetrios Anglos2 , and Costas Fotakis2 — 1Physikalisches Institut, Wesftälische
Wilhelms-Universität, Münster, Germany — 2 Institute of Electronic
Structure and Laser, Foundation for Research and Technology - Hellas,
Heraklion, Greece
A XeCl pumped, frequency doubled distributed feedback dye laser system with a KrF amplifier providing 450 fs pulses at 248 nm was used to
generate a plasma from different metal targets (Al, Mg, Cu) under ambient and high-vacuum conditions. The optical emission from the plasma
was monitored by an imaging spectrograph equipped with an i-CCD
detection system. Plasma temperature and degree of ionization determined from the LIBS spectra were monitored on an ultrafast timescale
by means of double pulse sequences with varying pulse energy ratios and
time delays. Besides an overall intensification of the optical emission an
enhancement of ionization was observed.
Characterization of an ultrashort pulse Ti:Sapphire laser system with a high, variable repetition rate — •Jana Hüve, Thorben Haarlammert, and Helmut Zacharias — Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität, 48149 Münster
We constructed a Ti:Sapphire oscillator-amplifier system with a high,
variable repetition rate. Usually such systems are operated at a fixed
repetition rate, often about 1 kHz. In our system the repetition rate is
adjustable between 5 and 40 kHz due to cavity dumping of the oscillator.
The amplifier is a multipass system with 8–12 passes with a liquid nitrogen cooled crystal. A frequency doubled Nd:YAG laser with an average
power of up to 70 W pumps the amplifier.
In order to characterize the amplifier system, we measured pulse duration, frequency spectrum, and amplification factor. The latter was examined depending on the width of the oscillator spectrum, the foci of
pump and oscillator beam, and was compared at one and two passes of
the pump beam. Effects limiting the amplification were investigated by
stretching the oscillator pulses in time to different durations.
Laserinduzierte Transmutation von 129I — •Friederike Ewald1 ,
Heinrich Schwoerer1 , Joseph Magill2 , Jean Galy2 , Roland
Sauerbrey1 und Roland Schenkel2 — 1 Institut für Optik und
Quantenelektronik, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz
1, 07743 Jena — 2 Europäische Kommission, Joint Research Center, Institut für Transurane, Postfach 2340, 76125 Karlsruhe
Mit Kurzpulslasern, die Intensitäten von über 1019 W/cm2 erreichen,
können Elektronen auf relativistische Energien beschleunigt, sowie MeV
Bremsstrahlungsphotonen erzeugt werden. Diese hochenergetischen Photonen sind in der Lage, Kernreaktionen wie beipielsweise Spaltung oder
die Emission eines Neutrons zu induzieren.
Am Beispiel des radioaktiven Isotops 129 I zeigen wir, daß es möglich ist,
mit Lasern quantitative Kernphysik zu betreiben. Der bislang unbekannte
Wirkungsquerschnitt der (γ,n)-Reaktion von 129 I wurde zu 200+100
−100 mbarn
gemessen. 129 I ist ein radioaktives und langlebiges Spaltprodukt, welches
in Kernreaktoren entsteht. Über die (γ,n)-Reaktion kann es deaktiviert
werden: sein Reaktionsprodukt 128 I zerfällt innerhalb von nur 25 Minuten
in das stabile Isotop 128 Xe.
Parameterabhängigkeit der CEO-Frequenz von Femtosekundenlasern — •Hartmut Gimpel, Alexander Killi und Uwe Morgner — Max-Planck Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117
Heidelberg
Seit einiger Zeit läßt sich die Feldwiederholrate (CEO-Frequenz) von
ultrakurzen Laserpulsen sowohl messen als auch stabilisieren, und das
Konzept findet verbreitete Anwendung in vielen Gebieten der Physik.
Wir präsentieren die Ergebnisse analytischer Berechnungen
zur Parameterabhängigkeit der CEO-Frequenz eines prismenlosen
Femtosekunden-Lasers. Die Rechnungen basiert auf SolitonenStörungsrechnung im Rahmen des Mastergleichungs-Formalismus.
Die Berechnungen werden den Messergebnissen an einem sub-20fs
Titan-Saphir-Laseroszillator mit f-2f Interferometer gegenüber gestellt.
20 MeV Temperatur Elektronen Jets — •K.-U. Amthor, B. Liesfeld, H. Schwoerer und R. Sauerbrey — IOQ, FSU Jena
Die Wechselwirkung ultrakurzer, hoch intensiver Laserimpulse mit einem Plasma stellt eine vielversprechende Alternative zu konventionellen
Teilchenbeschleunigern dar, um relativistische Elektronen und hochenergetische Ionen zu erzeugen.
Bei der Wechselwirkung eines auf eine Intensität von mehr als 1019
W/cm2 fokussierten Laserimpuls mit einem gepulsten Helium Gasjet
(ne = 5 × 1019 cm−3 ) werden in dem sich durch relativistische Selbstfokussierung bildenden Plasmakanal Elektronen in axialer Richtung auf
Modengekoppelte Hochenergie-Laseroszillatoren — •Sebastian
Dewald und Uwe Morgner — Max-Planck-Institut für Kernphysik
Modengekoppelte Laserresonatoren mit langen Kavitäten sind für die
Erzeugung von ultrakurzen Laserpulsen mit hohen Spitzenleistungen von
großem Interesse. Dabei ist die Resonatorumlaufzeit direkt proportional
zur ausgekoppelten Pulsenergie/Spitzenleistung. Durch eine geschickte
Anordnung zweier Hohlspiegel lässt sich ein Laserarm in einem linearen
Resonator leicht um einige zehn Meter verlängern ohne das Strahlprofil
im aktiven Lasermedium im Vergleich zu einem Laser mit Standardresonator zu verändern. Mit geeigneter Dispersionsverteilung durch spezielle
97
relativistische Energien beschleunigt.
Die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Lasers beobachtete 2ωEmission, erzeugt durch nichtlineare Thomson-Streuung im Kanal, läßt
auf eine Kanallänge von mehr als zehn Rayleighlängen schließen. Außerdem wurden mittels eines frequenzverdoppelten Probeimpuls zeitaufgelöste Aufnahmen des Kanals gemacht. Die zeitliche und räumliche Entwicklung des Laserplasmas und der Plasmadichte wurden mit Schattenund Schlierenbildern sowie Interferogrammen untersucht. Der Probeimpuls kann bis zu 1 ns verzögert werden, mit einer Auflösung besser als
0.5 ps.
Die generierten Elektronenpakete sind sehr stark kollimiert und besitzen eine Divergenz von weniger als 10 mrad. Die Elektronentemperatur
liegt im Bereich von 20 MeV und entspricht damit der Energie für Riesenresonanzen schwerer Kerne. Solche Elektronenjets eignen sich daher
hervorragend zur systematischen Untersuchung von Kernreaktionen.
ther unexpected effect is a spatial wave structure seen e.g. in the energy
deposited in the target. This structure will lead to ionization layers which
exist for a certain time.
Femtosecond time-resolved investigation of the optical breakdown in water — •Cristian Sarpe-Tudoran, Andreas Assion,
Mathias Wollenhaupt, Marc Winter, and Thomas Baumert —
University of Kassel, Institute of Physics, Heinrich-Plett-Str. 40, D-34134
Femtosecond laser induced breakdown in dielectric materials was intensively studied in the last decade, due to the applications of this technique
in medicine and in high-quality micro- and nano- material processing of
transparent media. Even if it is generally accepted that the primary process in the femtosecond laser ablation of transparent dielectrics is the
generation of high density free electrons by multiphoton absorption, the
mechanism of the energy transfer and the plasma dynamic below 20 ps
is not yet understood. In this work we investigate with high temporal
and spatial resolution the dynamics of the free electrons plasma produced by ultrashort femtosecond pulses on the surface of dielectric liquids. The plasma dynamics was resolved from the femtosecond up to the
nanosecond regime. Transient reflection spectroscopy provided us useful
information about the dynamics of the free electrons density, whereas
by time resolved imaging techniques we directly investigated the spatial
formation and evolution of the induced plasma. Taking into account the
spectral and spatial data we are able to reconstruct a three dimensional
image of the plasma dynamics with femtosecond resolution.
Develop of a new X-ray source — •Flavio Zamponi1 , Ingo
Uschmann1 , Eckart Förster1 , Roland Sauerbrey1 , Nicolai
Zhavoronkov2 , and Yuri Gritsai2 — 1 Institut für Optik und Quantenelektronik — 2 Max-Born-Institut
First data concerning the characterization of a new high repetition
(pulses with 5 mJ energy, 45 fs duration, 1kHz), high brilliance X-ray
source developed in collaboration with Max Born Institute of Berlin will
be illustrated.
Ti-Kα and Cu-Kα have been produced by focusing a femtosecond laser
pulse on a tape target; Ga-Kα by using a gallium jet. Copper, titanium
and gallium spectra were acquired by means of a cooled Si-diode ”AMPTEK” detector.
Estimation of X-ray photon flux and conversion of laser energy in Xray energy is given. Average X-ray flux of the table top systems located
at MBI Berlin and FSU Jena are compared to Terawatt system.
The role of the phase in femtosecond pulse sequence experiments studied on a two-photon transition — •Matthias Wollenhaupt, Andreas Präkelt, Cristian Sarpe-Tudoran, Marc
Krug, and Thomas Baumert — University of Kassel, Institute of
Physics and Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT), Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132 Kassel, Germany
Pulse sequences generated with delay lines and spectral pulse modulation techniques are often employed for coherent control experiments.
We investigate the role of delay and spectral phase modulation on a twophoton transition in atomic sodium. The sodium D-line serves as the
observable. Popular phase modulations like polynomial, π-jump and sinusoidal phase functions in combination with the delay of a pulse pair
were studied. The physical difference between delay and spectral group
delay modulation is discussed.
Flugzeit-Elektronenspektrometer für den weichen Röntgenbereich — •Alexander Paulus, Thomas Pfeifer, Dominik Walter, Carsten Winterfeldt, Christian Spielmann und Gustav
Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland,
97074 Würzburg, Germany
Wir stellen ein Flugzeit-Elektronenspektrometer vor, mit dem Elektronen aus einem Energiebereich von beispielsweise 40 bis 50 eV um 30 eV
abgebremst und somit nach kürzerer Flugstrecke besser zeitaufgelöst detektiert werden können. Elektrostatische Einzellinsen sind mit einem
starken chromatischen Fehler behaftet. Gerade bei der Geschwindigkeitsreduktion schneller Elektronen tritt diese Eigenschaft sehr stark zutage.
Mit herkömmlichen Einzellinsen aus drei gleichartigen dünnen Metallscheiben als Potentialblenden kann nur ein Elektronenstrahl mit genau
definierter Energie zugleich fokussiert und abgebremst werden. Durch
zwei garnrollenförmige Blenden im mittleren Teil eines aus zwei Einzellinsen bestehenden Systems kann dieser Effekt zugunsten einer größeren Energieakzeptanz des Elektronenspektrometers kompensiert werden.
Dies schlägt sich in einem etwas schwächeren Gesamtdurchsatz nieder.
Kontrolle ”bekleideter” Zustände mit phasenmodulierten
Femtosekunden-Laserpulsen — •Matthias Wollenhaupt,
Andreas Assion, Andreas Präkelt, Cristian Sarpe-Tudoran,
Dirk Liese, Oksana Graefe, Elma Weber und Thomas
Baumert — University of Kassel, Institute of Physics and Center for
Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT),
Heinrich-Plett-Str. 40, D-34132 Kassel, Germany
Kürzlich wurde in einem Quantenkontrollexperiment an Kalium
Atomen gezeigt, dass selbst bei identischer Populationsdynamik
allein die quantenmechanische Phase den Ausgang des Experiments
vollständig steuert [1]. Dort wurde eine Sequenz zweier ultrakurzer
Laserpulse verwendet und die Modulation des Autler-Townes (AT)
Doublets im Photoelektronenspektrum beobachtet. Phasenmodulierte
Femtosekunden-Laserpulse bieten die Möglichkeit komplexere Pulsformen zu generieren. In diesem Experiment wird untersucht inwieweit
das AT-Doublet mittels eines intensiven phasenmodulierten Laserpulses
kontrolliert werden kann. Dazu werden die zeitaufgelösten Photoelektronenspektren bei Verwendung von phasenmodulierten Laserpulsen
mit verschiedenen Phasenfunktionen untersucht. Darüberhinaus werden
mittels eines rückkopplungsgesteuerten Algorithmus einzelne Komponenten des AT-Doublets optimiert. Insbesondere wird die selektive
Besetzung einzelner ”bekleideter” Zustände durch geeignete Pulsformen
demonstriert.
[1] M. Wollenhaupt et al., Phys. Rev. A 68, 015401 (2003).
Dense plasma physics studied with XUV-FELs — •Annika
Krenz and Jürgen Meyer-ter-Vehn — Max-Planck-Institut für
Quantenoptik Garching
We report on the heating of solid matter with the XUV-FEL beams becoming available at DESY in 2004/2005. They will provide 1014 photons
per pulse of 20-200eV energy in 100fs pulses. These beams will generate
matter of extremely high energy density with temperatures up to 1keV
and pressures in the range of a few hundred Mbar. This corresponds to
states of matter found in stellar interiors. A wide range of the phase diagram can be investigated by changing the beam focus and hence the
heating intensity. In addition to heating the scattered photons will yield
detailed information about the structure of the produced plasma.
The poster will show simulations performed with MULTIfs, a 1Dhydrodynamic code. For laser frequencies close to the plasma frequency
the absorption in the target reaches a maximum. This is shown in terms
of the temperature and pressure evolution for an intensity of 1016 W/cm2
and a photon energy of 30eV. The thickness of the Al-target is 45nm.
Futhermore it is shown that the foil can be used as a femtosecond
switch. This is caused by the change of the plasma frequency during
heating which may turn an initially transparent foil into an opaque one.
Another point is that the plasma spot has defocusing properties. A fur-
Femtosecond Fluorescence Analysis with Confocal Two-Photon
Excitation — •Stefan Bleil, Dirk Otteken, and Karlheinz
Maier — Institut für Physik, C.v.O.- Universität Oldenburg, D-26111
Oldenburg
Two-photon excited fluorescence has become an important tool in the
98
three-dimensional imaging of samples. Here we present a confocal setup for fluorescence lifetime measurements using up-conversion technique
in the femtosecond time range. The promising abilities of the method
are shown by investigations of the ultrafast S2 relaxation dynamics of
solutions of the dye malachite green (about 250 fs).
Q 21 Poster Quantengase
Degenerate fermionic potassium in an optical lattice —
•Henning Moritz, Thilo Stöferle, Christian Schori, Michael
Köhl, and Tilman Esslinger — Institut für Quantenelektronik,
ETH Zürich, CH-8093 Zürich
For quantum degenerate fermions a variety of fascinating quantum
phenomena, such as BCS-type superfluidity, are theoretically predicted
to occur. The BCS-transition temperature in a lattice is expected to be
significantly higher than in an harmonic trap due to the increased interaction at the individual lattice sites [1].
In our recent experiments with Rubidium in an optical lattice we have
realised the first truly one-dimensional Bose-Gas [2] and studied the transition from a strongly interacting superfluid to a Mott insulator in one
dimension [3]. We have managed to sympathetically cool fermionic Potassium 40 to quantum degeneracy in the same machine. The poster will
report on the experiments with these atoms in the optical lattice.
[1] W. Hofstetter et al., Phys. Rev. Lett. 89, 220407 (2002)
[2] H. Moritz et al., Phys. Rev. Lett. in press
[3] T. Stöferle et al., preprint 2003
ses that involve pairing of fermions with one or more bosons, or bosonic
holes respectively. The resulting composite fermions may form, depending on the system parameters, a normal Fermi liquid, a density wave, a
super-fluid liquid, or an insulator with fermionic domains.
Furthermore we obtain the analytic form of the phase boundaries separating these composite fermion phases from the bosonic super-fluid which
coexists with a Fermi liquid.
We compare the results with numerical simulations and discuss their
validity and relevance for current experiments.
Matter wave optics with Bose-Einstein condensates on atom
chips — •Stephan Wildermuth1 , Peter Krüger1 , Sebastian
Hofferberth1 , Mauritz Andersson1 , Sönke Groth1,2 , Elmar
Haller1 , Leonardo Della Pietra1 , Mihael Brajdic1 , Israel
Bar-Joseph2 , and Jörg Schmiedmayer1 — 1 Physikalisches Institut,
Universität Heidelberg, 69120 Heidelberg — 2 Weizmann Institut, Rehovot, Israel
Atom chips are built by structuring a conducting layer evaporated on
a substrate. By charging theses structures and/or by passing currents
through them, micropotentials for neutral atoms are formed that can be
used for the controlled manipulation of ultra-cold atomic clouds.
On this poster, we present a selection of possible trapping and guiding
geometries. The flexibility of the atom chip is demonstrated by cooling atoms to the Bose-condensed phase (BEC) in very different traps.
We have integrated matter wave beam splitters and interferometers on
our atom chip in order to investigate the coherence properties of various
atom-optical tools. Recent progress in the experiments will be reported
as well as future steps towards the realization of 1 and 2-qubit manipulation.
Mixtures of Rubidium and Lithium in the degenerate Regime
— •Tobias Donner, Christian Silber, Sebastian Günther,
and Claus Zimmermann — Physikalisches Institut der Universität
Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen
We prepare an experiment with mixtures of Lithium and Rubidium
quantum gases. Rubidium is used as cooling agent for both Lithium isotopes. Heteronuclear photoassociation will be studied for 6Li-87Rb, 7Li87Rb, and 6Li-7Li [1] in the degenerate regime. Another topic will be
molecule formation schemes with two photon Raman spectroscopy [2].
The mixture is stored in a new type of a miniaturized magnetic trap that
allows for studying dimensionality effects for Bose gases as well as for
Fermi gases. We describe the apparatus and its experimental perspectives.
[1] U. Schlöder, C. Silber, T. Deuschle, and C. Zimmermann, Phys.
Rev. A 66, 061403 (R) (2002)
[2] U. Schlöder, T. Deuschle, C. Silber, and C. Zimmermann, accepted
for publication in Phys. Rev. A
Miniaturisierte Atomuhren und Interferometer in MikrochipFallen — •Philipp Treutlein1 , Tilo Steinmetz1 , Peter
Hommelhoff1,2, Theodor W. Hänsch1 und Jakob Reichel1
— 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik und Sektion Physik der
Ludwig-Maximilians-Universität, Schellingstr. 4, 80799 München,
Germany — 2 Present address: Varian Physics 220, Stanford University,
Stanford, CA 94305, U.S.A.
Interne Zustände von neutralen Atomen in magnetischen MikrochipFallen weisen lange Kohärenzzeiten auf [1]. Dies ermöglicht die Realisierung einer Atomuhr mit Atomen in der Mikrofalle. Dazu erzeugen wir Superpositionen der Hyperfeinzustände |F = 1, mF = −1i
und |F = 2, mF = 1i des Grundzustands von 87 Rb. Mittels RamseySpektroskopie messen wir die Stabilität der Übergangsfrequenz zwischen
diesen Zuständen. Unsere Messungen zeigen, daß eine portable, minia√
turisierte Atomuhr mit einer relativen Stabilität von ∼ 10−13 τ −1/2 / Hz
realisierbar ist.
In einem zweiten Experiment untersuchen wir kohärente
Überlagerungen von externen Zuständen der Atome in der Mikrofalle. Dazu wird ein Bose-Einstein Kondensat in einem magnetischen
Doppelmuldenpotential präpariert. Durch eine Barriere variabler Höhe
zwischen den beiden Potentialmulden soll das Kondensat kohärent
aufgespalten und wieder vereinigt werden. Wir präsentieren den
aktuellen Stand dieses Experiments zur Interferometrie mit gefangenen
Atomen.
[1] Vortrag von Philipp Treutlein
An Experiment on Quantum-Degenerate Fermi-Bose Mixtures
in 3D Optical Lattices — •Silke Ospelkaus-Schwarzer, Christian Ospelkaus, Ralf Dinter, Jürgen Fuchs, Marlon Nakat,
Klaus Sengstock, and Kai Bongs — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg
We present an experiment on a quantum-degenerate mixture of
Fermionic 40 K and Bosonic 87 Rb atoms which is currently being set up in
Hamburg. The apparatus is based on a two-species 2D-/3D-MOT setup
and an optimized Ioffe-type magnetic trap. Our setup is designed for experiments in deep three-dimensional optical lattices and promise to be
a versatile model system for solid state theories. Projected experiments
cover single-particle and collective excitations, fermion correlations and
investigations on the possibility of observing a BCS-type phase transition
in a 3D-optical lattice. We present first experimental results and discuss
the planned experiments.
Atomic Bose-Fermi mixtures in an optical lattice — •Fehrmann
Henning, Maciej Lewenstein, Luis Santos und Mikhail Baranov — ITP Uni Hannover
A mixture of ultra-cold bosons and fermions placed in an optical lattice
constitutes a novel kind of quantum gas and leads to phenomena, which
so far have been discussed neither in atomic physics nor in condensed
matter physics.
We discuss the phase diagram at low temperatures, and in the limit of
strong atom-atom interactions. We predict the existence of quantum pha-
Tunnelkontakte für Bose-Einstein-Kondensate in Mikrofallen
— •Christian Trück, Andreas Günther, Sebastian Kraft,
Claus Zimmermann und József Fortágh — Physikalisches Institut
der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen
Tunnelexperimente mit Bose-Einstein-Kondensaten erfordern eine
präzise Kontrolle von dünnen Potentialbarrieren. Dies ist entweder mit
optischen Gittern möglich oder mit Hilfe von elektrischen und magneti99
schen Feldern, die von mikrostrukturierten Leiterbahnen erzeugt werden.
Wir haben Mikrofallen entwickelt, bei denen das magnetische Fallenpotential durch elektrostatische Felder auf der Mikrometerskala strukturiert
wird. Die Berechnung und Herstellung dieser Fallen sowie aktuelle Experimente werden vorgestellt.
ronuklearen Molekülen gestiegen. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere der Gruppe von deMille gelungen [1], mittels Photoassoziation
ultrakalte RbCs Moleküle zu erzeugen. Das Bonner BEC Experiment
ist auf die Untersuchung der Wechselwirkung von ultrakalten Rubidium und Cäsium Atomen, sowie insbesondere für die Erforschung weniger
Cäsiumatome in einem Rubdiumkondensat ausgelegt. Wir berichten in
diesem Poster über den Stand des Experiments.
[1] deMille et al. ”Production of ultracold, polar RbCs* molecules via
photoassociation”, bei PRL zur Veröffentlichung akzeptiert
Beyond Gutzwiller: Corrections to mean-field expansion
patterns of interacting bosonic atoms in optical lattices. —
•Christian Schroll1 , Florian Marquardt2 , and Christoph
Bruder1 — 1 Universität Basel, Departement für Physik und
Astronomie, Klingelbergstr. 82, CH-4056 Basel, Schweiz — 2 Yale
University, Dept. of Physics, New Haven, USA
We consider the Mott-insulator transition in optical lattices, studying in particular short-range correlations that determine the momentum
distribution and the experimentally observed expansion patterns. Based
on the mean-field Gutzwiller ansatz, which is a good approximation for
small and large ratio of the hopping to onsite energy J/U , we use perturbation theory to improve the results for intermediate values of J/U . We
discuss the resulting substantial modifications of the density fluctuations
and the density matrix, and we compare to other approaches.
Bose-Einstein condensation in a single-beam dipole trap and
an all-optical atom laser — Giovanni Cennini, •Carsten Geckeler, Gunnar Ritt, and Martin Weitz — Physikalisches Institut,
Tübingen, Germany
We have created a Bose-Einstein condensate (BEC) by direct evaporative cooling of 87 Rb atoms in a quasistatic optical dipole trap formed by
a focused single running CO2-laser beam with wavelength near 10.6 µm.
About 4 × 106 atoms are loaded from a magneto-optical trap into the
dipole trap. Forced evaporative cooling is achieved by continously lowering the trap depth, and generates a F = 1 spinor condensate with
12 000 atoms. The phase transition occurs at a temperature of 180 nK.
Further, we have realized a BEC in the mF = 0 spin projection by applying a moderate magnetic field gradient during evaporation. With this
field gradient activated, typically 7000 atoms condense into the mF = 0
component alone. The chemical potential of the realized condensate is
first order insensitive to magnetic field fluctuations. Finally, a collimated
and monoenergetic beam of atoms can be extracted from the BEC by
smoothly lowering the dipole trapping potential to form an all-optical
atom laser.
Precision real-time evolution of a freely falling BEC — •Gerrit
Nandi, Reinhold Walser, and Wolfgang P. Schleich —
Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, Germany
Free falling Bose-Einstein condensates (BEC) that are only subject to
micro-gravity provide a new experimental setup to study the non-classical
nature of a condensed quantum system. The long-time unconstraint expansion of an ultra-cold Bose gas magnifies sub-healing length physics
and allows for a measurement of the macroscopic wave function and its
higher correlations [1]. Exact symmetries of the system such as the generalized harmonic potential theorem [2] or the breathing mode [3] can be
studied in un-precedented detail.
The detailed description of the freely falling condensate depends on the
particular launch procedure and geometry. This requires the numerical
solution of the coupled Gross-Pitaevskii equation for the semi-classical
field amplitude, the background density and the pair correlation function
in real time[4].
Kollektive Anregungen in quasi-eindimensionalen Quantengasen — •Markus Kottke, Thomas Schulte, Sascha Drenkelforth, Wolfgang Ertmer und Jan Arlt — Institut für Quantenoptik; Universität Hannover; Welfengarten 1; 30167 Hannover
Die Eigenschaften niederdimensionaler Systeme sind in einer Vielzahl
physikalischer Fragestellungen von zentralem Interesse. Seit kurzem ist
es möglich, solche Systeme in besonders reiner Form mit ultrakalten,
quantenentarteten atomaren Gasen zu verwirklichen. Signaturen solch
niederdimensionaler Systeme sind z.B. ihre Anregungsfrequenzen oder
ihre Kohärenzeigenschaften.
Wir haben den Anregungszustand der niedrigen m=0 quadrupol
Oszillation in stark elongierten bzw. eindimensionalen Bose-EinsteinKondensaten untersucht und im Vergleich mit theoretischen Untersuchungen vermessen. Insbesondere der Einfluss der thermischen Wolke in
der Falle muss jedoch für diese Messungen berücksichtigt werden, da er
die Oszillationsfrequenz auf einer vergleichbaren Größenskala verschiebt.
Wir haben die Frequenzverschiebung zwischen dem 3D-Mean-Field und
1D-Mean-Field Regime vermessen und finden gute Übereinstimmung mit
den theoretischen Vorhersagen.
[1] D. Helleweg, L. Cacciapuoti, M. Kottke, T. Schulte, K. Sengstock,
W. Ertmer, and J. Arlt, Phys. Rev. Lett. 91, 010406 (2003)
[2] J. Dobson Phys. Rev. Lett. 73, 2244-2247 (1994)
[3] L.Pitaevskii and A. Rosch Phys. Rev. A 55 , R853-R856 (1997)
[4] R.Walser, J. Cooper, and M. Holland, Phys. Rev. A 63, 13607 (2001)
Light propagation in Gödel’s universe — •Endre Kajari, Reinhold Walser, and Wolfgang P. Schleich — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, Germany
The physics of cold quantum gases has many common themes with
other important fields of physics, such as solid state physics, condensed
matter physics and also general relativity e. g. [1]. In the present contribution, we are interested in a perculiar modell of curved spacetime,
which was introduced by Kurt Gödel in 1949 [2]. This cosmological solution of Einstein’s field equations possesses closed timelike curves, due to
its strange causal structure. In here we will examine the light propagation
in this universe. First we will investigate the geometric optical limit. In a
second step we will solve Maxwell’s equation in vacuum in an alternative
approach to M. Cohen [3]. In particular we will discuss the influence of
the causal structure to the proper formulation of a Cauchy initial value
formulation.
[1] G. E. Volovik, The Universe in a Helium Droplet, Oxford Univ Pr
(2003)
[2] K. Gödel, Rev. Mod. Phys. 21, 447 (1949)
[3] M. Cohen, C. V. Vishveshwara, S. V. Dhurandhar, J. Phys. A 13, 933
(1980)
Macroscopic quantum self trapping — •Stefan Hunsmann,
Thomas Anker, Michael Albiez, Bernd Eiermann, Rudolf
Gati, and Markus K. Oberthaler — Kirchhoff-Institut für Physik,
Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 227, 69120 Heidelberg
The nonlinear matter wave dynamics in periodic potentials opens up
a very rich field of physics. For small nonlinearity, corresponding to low
atomic densities, and weak periodic potentials we realized non-spreading
wave packets - atomic gap solitons[1].
In this poster we discuss the regime with moderate atomic densities and
deep periodic potentials. Here the dynamics is conveniently described by
looking at the atomic tunnelling current from well to well. The tunnelling
dynamics is similar to that of a Josephson-junction, where atom-atom interaction enriches the possible tunnelling modes. The most prominent effect is the possibility that a sufficiently big density difference between two
wells can prevent further tunnelling and thus halts the wave packet dynamics - an effect called ”macroscopic quantum self trapping”(MQST)[2].
We present first experimental results on MQST realized with 87Rb
Bose-Einstein condensates in a quasi 1D wave guide.
[1] see talk ”Helle Gap-Solitonen für Atome mit repulsiver Wechselwirkung”.
[2] A. Trombettoni and A. Smerzi, Phys. Rev. Lett. 86, 2353 (2001).
Wechselwirkung von ultrakalten Rubidium und Cäsium Gasen
— •Michael Haas, Daniel Frese, Vanessa Leung, Arno Rauschenbeutel und Dieter Meschede — Institut für angewandte Physik, Rheinische Friedrich-Wilhelm Universität Bonn
In der letzten Zeit ist das Interesse an kalten Gasgemischen und hete100
Q 22 Poster Quanteninformation, -kommunikation und -computer
Addressing of individual neutral atoms — •Igor Dotsenko, Dominik Schrader, Yevhen Miroshnychenko, Mkrtych Khudaverdyan, Stefan Kuhr, Wolfgang Alt, Arno Rauschenbeutel,
and Dieter Meschede — Institut für Angewandte Physik, Universität
Bonn, Wegelerstr. 8, 53113 Bonn
We have experimentally solved the problem of addressing individual neutral atoms from a string of atoms stored in a standing wave
dipole trap. We apply a magnetic field gradient to produce a positiondependent shift of the atomic hyperfine transitions. Using an intensified
CCD-camera we spatially resolve atoms and get information about their
positions [1]. The population of each atom is coherently transferred by
applying microwave radiation at the corresponding resonance frequency
of the atom [2].
By applying spectrally narrow pulses the population of a neighbouring atom is not affected if the atomic separation is larger than ∼ 2 µm.
The coherence properties of the atoms are characterized by observing
Rabi oscilations which show no contrast decay within measurement time
of 200 µs. Using spin-echo technique the decoherence time T2 ’ was determined to be of the order of 500 µs. The presented results show the
realization of a ’quantum register’ built of single neutral atoms for storing
quantum information.
[1] Y. Miroshnychenko et al., Optics Express [in print] [2] D. Schrader
et al., in preparation
Towards integrated micro-optics on atom chips — •Albrecht
Haase1 , Thomas Fernholz1 , Sönke Groth1 , Christian Hock1,
Peter Horak2 , Bruce Klappauf2 , Michael Schwarz1 , Alexander Stelzer1 , Marco Wilzbach1 , and Jörg Schmiedmayer1
— 1 Physikalisches Institut, Universität Heidelberg, 69120 Heidelberg
— 2 Optoelectronics Research Centre, University of Southampton,
Southampton SO17 1BJ, UK
To develop the atom chip towards an universal tool for quantum information processing, we explore the possibility of integrating micro-optical
components for the preparation, manipulation, and detection of atomic
qubit states. As a promising technique we investigate in detail the feasibility of an on-chip optical fibre cavity. We describe fabrication, alignment,
and first experiments and give an outlook on further integration steps.
The experiment is funded by the Landesstiftung Baden-Württemberg
and the EU (ACQP collaboration).
Time-bin entangled single photons from a cavity-QED source
— •T. Wilk, T. Legero, M. Hennrich, A. Kuhn, and G. Rempe
— Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, D85748 Garching, Germany
Entangled photons are an indispensable ingredient of many quantum
information schemes. Most applications use polarisation entangled photons, while others employ time-bin entanglement [1]: a single-photon
wave-packet is distributed over two distinct intervals which are separated
in time. In contrast to former experiments, where the time-bin entanglement is realised by sending a single photon through a Mach-Zehnder
interferometer with unbalanced arms, we here present a single-photon
generation scheme that directly delivers such photons.
The photons emerge from a cavity-QED source, where a single atom
undergoes an adiabatic passage, driven by the ambient cavity and pumping laser pulses [2]. Any variation of the amplitude of the laser pulses
affects the emission probability and has a direct impact on the shape
of the single-photon wave-packets. Therefore arbitrary shaping of timebin entangled photons seems possible. We investigate whether the relative phase between the two time bins can be controlled by appropriately
changing the phase of the driving laser. The degree and lifetime of a
possible entanglement, can be determined by time-resolved two-photon
interference [3].
[1] Brendel et al. Phys. Rev. Lett. 82, 2594 (1999)
[2] Kuhn et al. Phys. Rev. Lett. 89, 67901 (2002)
[3] Legero et al. Appl. Phys. B 77, 797 (2003)
Finite size effects in entangled rings of qubits — •Tim Meyer,
Uffe V. Poulsen, Kai Eckert, Maciej Lewenstein, and Dagmar
Bruss — Universit”at Hannover
We study translationally invariant rings of qubits with a finite number of sites N, and find the maximal nearest-neighbor entanglement for
a fixed z component of the total spin. For small numbers of sites our
results are analytical. The use of a linearized version of the concurrence
allows us to relate the maximal concurrence to the ground state energy
of an XXZ spin model, and to calculate it numerically for N¡25. We point
out some interesting finite-size effects. Finally, we generalize our results
beyond nearest neighbors.
Statistical mechanics of entanglement — •Jarek Korbicz, Florian Hulpke, and Maciej Lewenstein — Institut für Theoretische
Physik, Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover, Germany
We apply the methods of statistical mechanics to the study of entanglement. We consider the space of decompositions of a given density
matrix. In this space we introduce a polynomial cost-function, minimized
by decompositions composed entirely of projectors onto product vectors.
We next assume that the number of terms in each decomposition is large
and define an analog of a canonical partition function. We study it analytically and numerically for a family of Werner states of two qubits.
Creating and Measuring a coherent superposition in metastable
Neon — •Ulrich Schneider, Frank Vewinger, Manfred
Heinz, Ruth Garcia Fernandez, and Klaas Bergmann — Fachbereich Physik TU Kaiserslautern
We demonstrate a technique, suitable for neutral atoms in an atomic
beam, that allows the preparation of a superposition state in an efficient
and robust way with a predetermined relative phase. For the preparation
we use the tripod-STIRAP scheme [1] applied to the creation of a coherent superposition of two mj -states of the metastable state 3 P2 of Neon
atoms [2]. We also measure the relative phase of the two mj -components
of the superposition state about 16mm downstream of the preparation
region. The measurement is based on the mapping of the relative phase
into the population of the excited state as a function of the polarization
angle of a probe laser. We report data concerning the superposition of
the pairs of levels mj = +1 and mj = −1 as well as mj = −2 and mj = 0.
[1]:R.Unanyan et.al. Opt.Comm. 155, 144-154
[2]:F.Vewinger et al, PRL 91, 213001
Multi-party entanglement detection in spin chains with simple
measurements — •Geza Toth — Max Planck Institute for Quantum Optics,Theoretical Division,Hans-Kopfermann-Strasse 1., Garching,
Germany D-85748
It is discussed what the minimum requirements are for entanglement
detection in a chain of spins, if the spins cannot be accessed individually. The methods presented detect entangled states close to a cluster
state and a many-body singlet state, and might be viable for realization
in optical lattices of two-state bosonic atoms. The entanglement criteria are based on entanglement witnesses, and also on the uncertainty of
collective observables.
Decoherence suppression in collective quantum memories —
•C. Mewes, R.G. Unanyan, and M Fleischhauer — Fachbereich
Physik, Universität Kaiserslautern, 67653, Kaiserslautern, Germany
An important question when discussing the application of many-atom
systems to quantum memory is sensitivity to errors and the question how
to suppress decoherence mechanisms. It is shown that photonic qubits
stored in collective atomic excitations can be protected from decoherence
101
by creating quasi-decoherence free subspaces. Instead of assuming very
special, highly symmetric interactions between the atoms and its environment, individual and independent reservoir couplings are considered.
For storage of qubits a pair of special collective states are used whose
probability for decoherence-induced transitions due to single atom errors
scales with the inverse of the total number of atoms. By introducing a
sufficiently large energy gap between these two storage states and all
other states a quasi-decoherence free subspace for the stored qubit is created which protects the storage state against decoherence from spin flips.
To supress additional dephasing mechanisms an additional ! fast periodic
interaction, well known in NMR schemes, is discussed.
und zur Modulation auf einen amplitudengequetschten Messstrahl benutzt. Der Vorteil besteht darin, dass es keine optische Wechselwirkung
zwischen Mess- und Signalstrahl gibt, zudem ist die Realisierung des
QND-Aufbaus bei gegebenem gequetschten Strahl denkbar einfach.
[1] R. Bruckmeier et al., Phys. Rev. Lett. 79, 43 (1997)
[2] B. Buchler et al., Phys. Rev. A 60, 4943 (1999)
Quantenpolarisationsmessung für die Quantenkryptographie
mit kohärenten Zuständen — •Stefan Lorenz1 , Ulrik Andersen1 , Natalia Korolkova2 und Gerd Leuchs1 — 1 Institut
für Optik, Information und Photonik, Universität Erlangen-Nürnberg,
Staudtstr. 7 / B2, 91058 Erlangen — 2 School of Physics and Astronomy,
University of St. Andrews, North Haugh, St. Andrews
Konventionelle Quantenkryptographiesysteme verwenden Einzelphotonenzustände zur Schlüsselerzeugung. Da deren Präparation nicht deterministisch und nicht mit hohen Raten gelingt, wird oft auf abgeschwächte
kohärente Zustände ausgewichen, allerdings auf Kosten der effektiven Geschwindigkeit und manchmal auch der Sicherheit. Ein neuerer Typ von
Protokollen macht sich die Quanteneigenschaften dieser Mehrphotonenzustände zunutze, um Schlüsselpaare zu erzeugen. Wir demonstrieren
ein solches Kryptographiesystem, das mit der Quantenpolarisation von
kohärentem Laserlicht arbeitet. Nicht nur die Erzeugung, sondern auch
die Detektion der Zustände ist durch Homodyn-Messung sehr effizient.
Wir zeigen experimentell die Unterschiede und Eignung verschiedener
Homodyn-Messverfahren für unser Kryptographiesystem.
Incoherent and Coherent Symmetric Attacks in EntanglementBased Cryptography — •Aeysha Khalique, Georgios
Nikolopoulos, and Gernot Alber — Institut für Angewandte
Physik, Technische Universität Darmstadt, D-64289 Darmstadt
Quantum Cryptography is one of the first practical applications of
quantum mechanics. A main goal in quantum cryptography is to achieve
unconditional secure quantum key distribution between two communicating parties, Alice and Bob, in the presence of a third intervening party,
typically called Eve. We analyze symmetric incoherent and coherent attacks by Eve in entanglement-based cryptographic protocols [1,2]. In particular we address questions concerning security limits in cases in which
Eve has complete control over the preparation of the entangled state
shared between Alice and Bob.
/1/ H. Inamori, L. Rallan and V. Vedral, J. Phys. A 35, 6913 (2001).
/2/ H. Bechmann-Pasquinucci and N. Gisin, Phys. Rev. A. 59, 4238
(1999).
Bedingte Wahrscheinlichkeitsverteilungen von verschränkten
Lichtstrahlen — •Christoph Marquardt, Ulrik L. Andersen,
Oliver Glöckl, Stefan Lorenz und Gerd Leuchs — Institut für
Optik, Information und Photonik, Max-Planck Forschungsgruppe, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7/B2, 91058 Erlangen
Verschränkte Zustände kontinuierlicher Variablen können durch die
Überlagerung gequetschter Zustände erzeugt werden. Dies ist z.B. mit
intensiven, gepulsten Lichtstrahlen unter Ausnutzung des optischen Kerr
Effektes möglich [1]. Die verschränkten Strahlen wurden bisher über die
Varianzen der Quadraturvariablen charakterisiert.
Durch direkte Analyse der detektierten Photoströme hat man Zugriff
auf weitere interessante Aspekte dieser verschränkten Zustände. Darunter
zählen die gemeinsamen und bedingten Wahrscheinlichkeitsverteilungen
der Zustände sowie Korrelationskoeffizienten. Ausserdem würde sich bei
der Untersuchung der höheren Momente der Photostromverteilungen eine
Abweichung von Gaussschen Zuständen feststellen lassen [2], was von Interesse bzgl. der Verschränkungskriterien von kontinuierlichen Variablen
ist.
Wir präsentieren hierzu experimentelle Ergebnisse für intensive, verschränkte Lichtstrahlen.
[1] Ch. Silberhorn et al., Phys. Rev. Lett. 86, 4267 (2001)
[2] G. Leuchs et al., Verhandl. DPG(VI)34, 413 (1999)
Phasenmessungen unter der Schrotrauschgrenze an intensiven,
gepulsten Lichtstrahlen — •Oliver Glöckl, Ulrik L. Andersen, Stefan Lorenz, Christine Silberhorn, Natalia Korolkova und Gerd Leuchs — Institut für Optik, Information und Photonik,
Max–Planck Forschungsgruppe, Universität Erlangen–Nürnberg, Staudtstr. 7/B2, 91058 Erlangen
Wir zeigen einen Aufbau zur Vermessung des Rauschens der Phasenquadratur für intensive, gepulste Lichtstrahlen ohne Verwendung eines
Lokaloszillators oder Resonators. Ein Mach–Zehnder Interferometer mit
einer großen Armlängendifferenz wird verwendet, um bei einer bestimmten Seitenbandfrequenz eine Phasenverschiebung von π zwischen dem
langen und dem kurzen Arm einzuführen. Wählt man die optische Phase
so, daß beide Ausgänge des Interferometers gleich hell sind und detektiert
man die Differenz der Photonenzahl in beiden Ausgängen des Interferometers, so ist das resultierende Signal proportional zur Phasenquadratur
des Eingangsfeldes bei dieser Seitenbandfrequenz.
Wir zeigen, daß mit solchen Interferometern nichtklassische Phasenkorrelationen an einem Paar verschränkter Strahlen jenseits des Schrotrauschpegels aufgelöst werden können. Mit diesem Aufbau können also
quantenoptische Phasenmessungen unter dem Schrotrauschniveau durchgeführt werden. Der Aufbau kann zur Realisierung verschiedener Protokolle in der Quanteninformationsverarbeitung mit hellen Strahlen verwendet werden, z. B. der Quantenschlüsselverteilung mit verschränkten
Strahlen, einem Verschränkungsaustauschexperiment oder der Demonstration eines Quantenradierers bei kontinuierlichen Variablen.
Efficiency of quantum key distribution protocols based on
coherent states, homodyne detection and post selection —
•Matthias Heid1,2 and Norbert Lütkenhaus1,2 — 1 Institut für
Theoretische Physik I, Universität Erlangen-Nürnberg — 2 Institut für
Optik, Information und Photonik (Max-Planck Forschungsgruppe),
Universität Erlangen-Nürnberg
Quantum key distribution (QKD) protocols can be implemented with
many different signal sources and detection devices. The usual implementation with weak coherent pulses and single-photon detection gives a key
rate G that scales with the single-photon transmission as G ≈ η 2 . If we
use instead a single-photon source, the rate will scale as G ≈ η. However, single photon sources are still comparatively difficult to implement.
An alternative approach uses coherent states together with variations of
a homodyne detection [1]. The aim is to obtain high repetition rates to
boost the key rate. We analyse the expected key rates for various schemes
based on postselection procedures [2,3] and four coherent signal states [2].
For a practical implementation of a QKD scheme we also take imperfect
detectors into account.
[1] F. Grosshans and P. Grangier, Phys. Rev. Lett. Vol 88, 057902 (2002).
[2] T. Hirano and R. Namiki, Phys. Rev A Vol 67, 022308 (2003).
[3] CH. Silberhorn, T.C. Ralph, N. Lütkenhaus, G. Leuchs, Phys. Rev.
Lett., Vol. 89, 167901 (2002).
Destructive Quantum Non Demolition Measurements —
•Jessica Schneider, Ulrik L. Andersen und Gerd Leuchs
— Institut für Optik, Information und Photonik, Max-Planck Forschungsgruppe, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7/B2, 91058
Erlangen
Optische QND- Messungen haben zum Ziel, durch Kopplung eines
Messstrahls mit dem Signalstrahl und der effizienten Detektion des Messstrahls zerstörungsfrei Aussagen über den Signalstrahl zu treffen. Für den
Fall eines Strahlteilers als QND-Koppler wurde bereits die Verbesserung
der nichtklassischen Auswertungsparameter (Signal Transfer Ts+m und
bedingte Varianz Vs|m ) durch Verwendung eines gequetschten Messstrahles gezeigt [1]. Durch das Abzweigen (Quantum Optical Tapping) eines
Teiles des Signals, Detektion und Verwendung des Photostroms für die
Modulation des Signal-Ausgangs in einer sog. Feed Forward Schleife wird
eine weitere Verbesserung erreicht [2].
Wir untersuchen experimentell den Spezialfall des Strahlteilers mit
Transmission 0, d.h. das Signal wird vollständig detektiert (also zerstört)
102
Simulation of Quantum Computations by using Maple —
•Thomas Radtke and Stephan Fritzsche — Universität Kassel,
34281 Kassel, Germany
During the last years, the topics of quantum information and computation have attracted a lot of interest. However, apart from the great
potential of their applications, they gave rise to a large number of theoretical and experimental questions which still need to be resolved. Popular
examples of quantum algorithms like the well-known factorization algorithm for prime numbers by Peter Shor may give a first impression of
what quantum computation might be able to do in the future [1].
But for the further analysis of algorithm capabilities and their efficiency, new tools are needed. That is why several simulators for quantum
computations have been developed in the past. In order to improve the
flexibility of user interaction, we recently started to develop our Feynman program within the framework of Maple. At present, it consists
of a set of procedures which offer symbolic and numeric evaluation and
manipulation of quantum bits, quantum registers and matrix operators.
For the future we plan to extend the program to simulate also quantum
algorithms for different physical realizations of quantum computers. We
hope that this will enable us to investigate problems that are connected
to decoherence and robustness in multi-qubit systems [2].
[1] M. A. Nielsen, I. L. Chuang, Quantum Computation and Quantum
Information (Cambridge University Press, Cambridge, 2000).
[2] A. W. Harrow, M. A. Nielsen, Phys. Rev. A 68, 012308 (2003).
Quantum Error Correction with Multiple-Error Correcting
Quantum Code s — •Gernot Alber and Jörg Wassenberg —
Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt,
Hochschulstraße 4a, D-64289 Darmstadt
In order to perform computations with a quantum computer it is necessary to stabilize the computer’s memory against decoherence over a
sufficiently large time scale. If the qubits are represented by electronic
levels of atoms or ions an important error source is spontaneous emission.
Encoding the information in a detected-jump correcting quantum code, errors can be corrected by application of suitable recovery operations upon
detection of spontaneous emission events.
We study the stabilizati on of quantum algorithms against spontaneous
emission by jump codes being capable of correcting two or more successive errors, and compare with exist ing results using one-error correcting
codes.
Q 23 Quanteninformation II
Raum: HS 101
Q 23.1 Di 16:30 HS 101
Quasi decoherence-free subspaces in collective quantum memories — •C. Mewes, R.G. Unanyan, and M Fleischhauer — Fachbereich Physik, Universität Kaiserslautern, 67653, Kaiserslautern, Germany
One of the most important practical challenges of quantum information processing is the protection of quantum information against decoherence. For photonic qubits stored in collective atomic superpositions
[1] it can be shown that the quantum information can be protected from
individual particle decoherence by combining dynamical decoupling well
known in NMR systems, e.g.[2], with the concept of quasi-decoherence
free subspaces. For the storage of qubits a pair of special collective states
is used in which the qubit is stored in two different magnetic sublevels.
Individual collisional interactions between the storage atoms itself and
foreign buffer gas perturbers lead to decoherence due to spin flips and
dephasing processes. By applying a fast periodic interaction it is possible
to supress the dephasing mechanism. To protect the system also against
spin flips an additional and sufficiently large energy gap between the two
storage states and all other states has to be introdu! ced. In this way the
stored qubit can be protected against decoherence from both spin flips
and dephasing [3].
[1] M. Fleischhauer and M. Lukin, PRL 84 (2000) 5904
[2] U. Haeberlen and J.S. Waugh, Phys. Rev. 175 (1968) 453
[3] C. Mewes, R. Unanyan and M. Fleischhauer. To be published
Q 23.3 Di 17:00 HS 101
Licht-Materie Schnittstelle für kontinuierliche Variable —
•Klemens Hammerer1 , Klaus Mölmer2 , Eugene Polzik3
und Ignacio Cirac1 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermannstrasse 1, D-85748 Garching — 2 QUANTOP, Danish
Research Foundation Center for Quantum Optics 3 Department of
Physics and Astronomy, University of Aarhus, DK 8000 Aarhus C,
Denmark — 3 Niels Bohr Institute, DK 2100 Copenhagen, Denmark
Wie bereits experimentell bestätigt, kann eine Kerr Wechselwirkung
zwischen einem Spin-polarisierten Ensemble von Zwei-Niveau-Atomen
und einem polarisierten Laserpuls dazu eingesetzt werden, verschränkte
Zustände zwischen diesen Systemen zu erzeugen. Wir zeigen hier, wie der
Effekt dieser Wechselwirkung um ein Vielfaches gesteigert werden kann.
Die Methode, die hier vorgestellt werden soll, erlaubt es, gezielt maximal verschränkte EPR Zustände oder Quadratur- und Spin-gequetschte
Zustände herzustellen.
Diese Zustände stellen eine wertvolle Resource dar für Zwecke der
Quanteninformation. Insbesondere kann ein EPR-Zustand dazu verwendet werden, einen unbekannten Polarisationszustand eines Lichtpulses
auf den Zustand des kollektiven Spins der Atome zu teleportieren. Weil
Licht einen idealen Träger zum Verteilen von Quantenzuständen bildet,
zum Speichern dieser Zustände aber Atome besser geeignet sind, ist eine
solche Schnittstelle zwischen Licht und Materie ein wichtiger Baustein
für ein Quantennetzwerk.
Q 23.2 Di 16:45 HS 101
Quantum phase gate using slow polaritons in optical lattices —
•Marius Masalas1,2 and Michael Fleischhauer1 — 1 Technische
Universität Kaiserslautern, Germany — 2 Institute of Theoretical Physics
and Astronomy, Vilnius University, Lithuania
The quantum state of light propagating in a medium with electromagnetically induced transparency can be mapped onto a matter wave. Using
elastic collisions between atoms and slow light techniques one can produce a large and controllable nonlinearity enhanced by an optical lattice.
This nonlinearity may be used for a quantum phase gate. The collision
problem of two polariton pulses, each containing a single excitation is
solved analitically and it is shown that it is possible to achieve phase
shift of order of π. The influence of degrading processes such as losses is
also discussed.
Q 23.4 Di 17:15 HS 101
Multiparticle entanglement generation using ground states
coherences — •Pavel Lougovski1 , Girish. S. Agarwal2 , and
Herbert Walther1 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Str. 1, D-85748, Garching, Germany — 2 Physical
Reaserch Laboratory, Navrangpura, Ahmedabad, India
We propose a method for the generation of multiparticle ground state
entanglement utilizing j=+1/2 to -1/2 atomic transitions and their interaction with far detuned elliptically polarized quantum field. We discuss
how this method could be used for storing and retrieving of quantum
states of the radiation field.
Q 23.5 Di 17:30 HS 101
Entanglement of formation versus negative domains of Wigner
functions. — •Alexander Wolf1 , Jens Peder Dahl2 , and Wolfgang Peter Schleich1 — 1Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm, Germany — 2 Chemical Physics, Department
of Chemistry,Technical University of Denmark, DTU 207, DK-2800 Kgs.
Lyngby, Denmark
We analyze entanglement of formation and negative domains of Wigner
functions in their dependence on the number of dimensions. Here, we focus on s-waves, that is, wave functions that only depend on a hyperradius.
103
The special examples of a Gaussian and a shell wave function allow us to
perform the calculations analytically. We find that the entanglement of
formation and the negative parts of the Wigner function decrease with
the number of dimensions.
We present a new entanglement monotone for bipartite quantum
states. Its definition is inspired by the so–called intrinsic information
of classical cryptography and is given by the halved minimum quantum
conditional mutual information over all tripartite state extensions. We
derive certain properties of the new measure which we call “squashed
entanglement”: it is a lower bound on entanglement of formation and
an upper bound on distillable entanglement. Furthermore, it is convex,
additive on tensor products, and superadditive in general.
Continuity in the state is the only property of our entanglement measure which we cannot provide a proof for. We present some evidence,
however, that our quantity has this property, the strongest indication
being a conjectured Fannes type inequality for the conditional von Neumann entropy. This inequality is proved in the classical case.
Q 23.6 Di 17:45 HS 101
Zum Nachweis von Verschränkung mittels Unschärferelationen
— •Otfried Gühne und Maciej Lewenstein — Institut für Theoretische Physik, Universität Hannover, Appelstraße 2, D-30167 Hannover
Die Frage, ob ein gegebener Quantenzustand eines Zweiparteiensystems verschränkt ist oder nicht, ist nach wie vor im allgemeinen ungelöst. In diesem Beitrag werden hinreichende Verschränkungskriterien
für endlichdimensionale Systeme vorgestellt, die auf Ungleichungen für
Varianzen von Observablen basieren. Diese Ungleichungen müssen für
alle separablen Zustände erfüllt sein, für verschränkte Zustände können
sie verletzt sein. Sogar gebunden verschränkte Zustände können so detektiert werden. Außerdem zeigt unser Zugang eine Verbindung zwischen
Verschränkungskriterien für unendlichdimensionale und endlichdimensionale Systeme auf. Schließlich wird noch auf andere Maße der Unschärfe
als das der Varianz eingegangen.
Q 23.8 Di 18:15 HS 101
Concurrence of mixed bipartite quantum states in arbitrary
dimensions — •Florian Mintert1 , Marek Kus2 , and Andreas
Buchleitner1 — 1 Max Planck Institut fuer Physik komplexer Systeme
— 2 Cenrum Fizyki Teoreticznej PAN Warszawa
We consider the concurrence of mixed bipartite quantum states and
derive an approch that leads to a lower bound for the considered quantity valid in arbitrary dimensions. This implies a weaker, purely algebraic
estimate which detects mixed entangled states with positive partial transpose.
Q 23.7 Di 18:00 HS 101
“Squashed Entanglement” – An Additive Entanglement Measure — •Matthias Christandl1 and Andreas Winter2 — 1 Centre
for Quantum Computation, Department of Applied Mathematics and
Theoretical Physics, Wilberforce Road, Cambridge CB3 0WA, England
— 2 School of Mathematics, Universtity of Bristol, University Walk, Bristol BX8 1TW, England
Q 24 Photonik in komplexen und periodischen Strukturen
Raum: HS 204
Q 24.1 Di 16:30 HS 204
Decay time of waveguide-plasmon polaritons in metallic photonic crystal slabs — •Thomas Zentgraf1 , Jürgen Kuhl1 , Franz
X. Kärtner2 , and Harald Giessen3 — 1 Max-Planck-Institut für
Festkörperforschung, Heisenbergstr. 1, 70569 Stuttgart — 2 MIT, 77 Massachusetts Ave, Cambridge, MA 02139, USA — 3 Institut für Angewandte
Physik, Universität Bonn, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
The coupling between a particle plasmon resonance and an optical
waveguide mode leads to a strong modification of the optical response.
In the case of interaction of these two resonances, a new quasiparticle
(waveguide-plasmon polariton) is formed. In the present work, the decay
time of particle plasmons in a planar metallo-dielectric photonic crystal
slab structure (PCS) is investigated. We deposited gold nanodiscs with
a diameter of 150 nm and a height of 21 nm by electron-beam lithography on a 100-nm-thick tantalum-dioxide (TaO2 ) slab waveguide. For
measuring the particle plasmon decay time in the time domain, we used a
second-order interferometric autocorrelation method. The measurement
was performed with 13 fs pulses from a home-built Ti:Sapphire laser.
By comparison of the measured autocorrelation function with the simulations based on a damped harmonic oscillator model it is possible to
extract the decay time of the particle plasmon oscillation. When changing
the coupling strength between the particle plasmon and the waveguide
mode, we observe a polariton beating and a prolonged plasmon decay
time.
with expectations based on established antenna theory and numerical
optical antenna simulations.
Q 24.3 Di 17:00 HS 204
Selten-Erd-dotierte PLD-Sesquioxidschichten auf Korund —
•Stefan Ehlert1 , Sebastian Bär1 , Lutz Rabisch1 , Günter
Huber1 , Jose Gonzalo2 und Martin Munz3 — 1 Institut für
Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761
Hamburg, Germany — 2 Instituto de Optica, CSIC, Serrano 121, Madrid,
Spain — 3 Bundesanstalt für Materialforschung und prüfung, Unter den
Eichen 87, 2205 Berlin, Germany
Die Weiterentwicklung der integrierten Optik erfordert die Herstellung
von dünnen, optisch aktiven Schichten. Besonders vielversprechend sind
dabei die Sesquioxide, die mit Seltenen Erden (SE) dotiert in Leuchtstoffen oder Festkörperlasern bereits im Einsatz sind.
Kristalline Schichten aus SE3+ :Y2 O3 und SE3+ :Lu2 O3 sind mittels
Pulsed Laser Deposition (PLD) auf (0001)-Korundsubstraten hergestellt
worden. Die Kristallstruktur dieser Schichten mit Dicken zwischen 1 nm
und 500 nm wurde mittels XRD und SXRD bestimmt und ein bevorzugtes Wachstum in [111]-Richtung festgestellt. Neben der korrekten
Stöchiometrie lieferte die RBS-Analyse auch Hinweise auf epitaktisches
Wachstum der Schichten (Channeling). AFM-Untersuchungen zeigten bei
kristallinen Schichten eine dreieckige Oberflächenstruktur, die der [111]Richtung zugeschrieben wird. Bei sehr geringen Schichtdicken (≤ 5 nm)
wurde ein kristallines Inselwachstum beobachtet. Die Emissions- und die
Anregungsspektren der Eu-dotierten Schichten mit Dicken ≥ 100 nm entsprechen denen eines Volumenkristalls. Schichten mit einer Dicke ≤ 20 nm
zeigen dagegen ein stark verändertes Emissionsverhalten.
Q 24.2 Di 16:45 HS 204
Antennas for Nano-Optics — •Mühlschlegel Peter1 , Dieter
Pohl1 , Bert Hecht1 , Hans Eisler1 , and Olivier Martin2 —
1
Institute of Physics, University of Basel, Switzerland — 2 Swiss Federal
Institute of Technology Lausanne (EPFL)
The capability of an antenna to capture energy from a radiation field
and concentrate it on a small volume shall be exploited for nano-optics
and near-field optical microscopy. Plasmon resonances distinguishes optical antennas from their radiowave counterparts and result in a very
high field enhancement for appropriate geometries. These and a variety
of other new effects, for instance a strong optical trapping capability, are
attracting more and more attention within the field of nanoscale science
and technology. First basic antenna structures are realized on flat glass
substrates by means of e-beam and focused-ion-beam lithography. We
started optical near-filed measurements to characterize the field distribution around the antenna structures for comparison of some properties
Q 24.4 Di 17:15 HS 204
Y2 O3 and (Lu/Sc)2O3 thin films grown by thermal evaporation on α-Al2 O3 — •Lutz Rabisch, Sebastian Bär, and Günter
Huber — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany
α-Al2 O3 is an approved material in optical technology. Efficient laser
operation in rare-earth doped Y2 O3 has been demonstrated. Layer systems of both materials combine the crystal properties and enable the
fabrication of crystalline coatings and active and passive waveguides.
We report on the growth of Eu:Y2 O3 - and Eu:(Lu/Sc)2 O3 thin films (2500 nm) on α-AL2 O3 by electron beam evaporation. The crystal structure
of the films was analysed by XRD and Surface XRD. The measurements
104
reveal polycrystalline growth of the Y2O3 films on an initially amorphous
interfacial layer. In contrast the (Lu/Sc)2 O3 films show polycrystalline
growth with an obvious epitaxial texture.
Emission spectra reveal that the local symmetry of the Eu centers
within the (Lu/Sc)2 O3 films is identical to the bulk material whereas the
Y2 O3 films have slightly modified spectra. All films thinner then roughly
10 nm show broadened emission lines. In contrast the fluorescence of a 3
nm Eu:Y2O3 film buried under an Al2 O3 coating layer is identical to the
bulk spectrum.
state solutions to temporal dynamics wih periodic or quasiperiodic behavior. We show trapping of a dipole-mode beam by a counterpropagating
gaussian beam, forming a single counterpropagating soliton. Our experiments confirm the theoretical notion that no qualitative difference exists
between mutually coherent and incoherent light beams. Good qualitative
agreement with numerical investigations of the model is shown.
[1] M. Belic, et al., Phys. Rev. E 68, 025601 (2003)
Q 24.7 Di 18:00 HS 204
Breitbandige Gitterkopplung von Licht in Wellenleiter zur Charakterisierung photonischer Kristalle — •Fabian Röser, Thomas
Schreiber, Ernst-Bernhard Kley und Andreas Tünnermann
— Institut für angewandte Physik, Uni Jena
Um das Transmissionsspektrum photonischer Kristalle über Stirnflächenkopplung zu messen, ist es meist nötig, den Wafer in Stücke zu
brechen. Um dies zu vermeiden, haben wir mehrere Varianten zur breitbandigen Einkopplung von Licht in Wellenleiter mit Hilfe von Gittern
entwickelt und experimentell realisiert. Die Dispersion des Einkoppelwinkels wurde mit Hilfe eines Vorgitters kompensiert. Die so erreichte
spektrale Breite der Einkopplung betrug 90nm. Mit Hilfe dieses Verfahrens wurde das Transmissionsspektrum einer Teststruktur (Bragg-Gitter)
vermessen. Der Vergleich mit dem theoretisch berechneten Verlauf der
Transmission zeigte eine gute Übereinstimmung von Theorie und Experiment, die vorhergesagte Bandlücke wurde nachgewiesen.
Q 24.5 Di 17:30 HS 204
Formation of two-dimensional optical nonlinear periodic lattices
in photorefractive crystals — •N. Sagemerten1 , A.S. Desyatnikov1 , C. Denz1 , D. Neshev2 , M. Petrovic3 , A. Strinic3 , and
M. Belic3 — 1 Institut für Angewandte Physik, Westfälische WilhelmsUniversität Münster, D-48149 Müenster — 2 Research School of Physical Sciences and Engineering, Australian National University, Canberra,
ACT 0200, Australia — 3 Institute of Physics, University of Belgrade,
11001 Belgrade, Serbia
Spatial optical solitons are of interest due to their ability for selfadjustable waveguiding and versatile interaction capabilities like lightinduced Y and X couplers. However, these investigations were up to
now limited to single solitons. Here we investigate theoretically and experimentally the behavior of large two-dimensional lattices of solitons
and their waveguiding capabilities. In such a case, neighboring solitons
may experience repulsion or attraction depending on phase-dependent
coherent as well as separation-dependent incoherent interactions. Lattices composed out of incoherent solitons were found to be more stable
than lattices with coherent in-phase solitons for identical conditions. We
use the manipulation of phase across the lattice to achieve closer packing
while maintaining propagation without interaction. Further we show the
interaction of different beams with the lattice.
Q 24.8 Di 18:15 HS 204
Higher-order vectorial solitons and compound states in a singlemirror feedback system — •Matthias Pesch, Edgar Große
Westhoff, Thorsten Ackemann, and Wulfhard Lange — Institut für Angewandte Physik, Corrensstr. 2/4, 48149 Münster, Germany
In this report, we consider vectorial spatial solitons in a specific realization of a single-mirror feedback scheme. The nonlinear medium is sodium
vapor driven by linearly polarized light. A λ/8-retardation plate is placed
in the feedback loop. This system shows symmetry-breaking between spatially homogeneous elliptically polarized states of opposite helicity[1]. At
some pump level both of these homogeneous branches become unstable
against a modulation instability[2].
In a parameter region near this bifurcation point, we observe three
different types of localized states. They rely on polarization effects and
differ from each other in the number of radial oscillations. They can be
switched on and off by injecting a focused address pulse of suitable polarization and spatial shape into the medium. We interpret them as the
first members of a family of vectorial solitons of n-th order. Different configurations of coexisting solitons as well as compound states consisting of
tightly bound single solitons are observed. Numerical simulations show a
good agreement with the experimental results.
[1] T. Yabuzaki, T. Okamoto, M. Kitano, and T. Ogawa. Phys. Rev. A
29, 1964–1972 (1984).
[2] E. Große Westhoff, V. Kneisel, Yu. A. Logvin, T. Ackemann, and
W. Lange. J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt. 2, 386–392 (2000).
Q 24.6 Di 17:45 HS 204
Counterpropagating spatial solitons in photorefractive media
— •Jochen Schröder1 , Philip Jander1 , Milan Petrovich2 ,
Milivoj Belic2 , and Cornelia Denz1 — 1Institut für Angewandte
Physik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Corrensstr. 2/4,
48149 Münster, Germany — 2 Institute of Physics, PO Box 57, 11001
Belgrade, Serbia
Vector Solitons, i.e. multicomponent light beams that jointly self-trap
in nonlinear media, have been the subject of extensive research in the
field of spatial optical solitons. Almost all investigations have been done
in copropagating configurations of the light beams. Recently, attention
has been drawn to the formation of vector solitons by counterpropagating
light fields, which promise qualitatively new behavior, including temporal
dynamics [1].
We present results of two-dimensional experimental investigations of
different configurations of counterpropagating fields in a photorefractive
strontium-barium-niobate crystal (SBN). We demonstrate a variety of solutions for two counterpropagating gaussian beams, ranging from steady
Q 25 Quanteneffekte II
Raum: HS 218
Gruppenbericht
pelspalt wirken und zum Auftreten von Interferenzringen in Atomlasern
führen. Für geladene Teilchen können gekreuzte elektromagnetische Felder eine Ausbreitung blockieren, was nach der klassischen Physik nicht
möglich wäre.
Phys. Rev. A, 67:043601–1, 2003.
Phys. Rev. A, 68:033412–1, 2003.
J. Opt. B: Quantum Semiclass. Opt., 6:21, 2004.
Q 25.1 Di 16:30 HS 218
Materiewellen mit Quellen: Vom Photodetachment zur
Bose-Einstein Kondensation — •Tobias Kramer und Manfred
Kleber — Physik-Department T30c, TU München, James-Franck-Str.,
85747 Garching
Die Ausbreitung und Erzeugung von Materiewellen in externen Feldern kann sehr elegant durch die Einführung eines inhomogenen Quellterms in die Schrödingergleichung beschrieben werden. Im Gegensatz zur
Beschreibung von Übergängen in das Kontinuum mit Hilfe von Matrixelementen ermöglicht ein Zugang über Quellen und den Quantenpropagator eine Berechnung der quantenmechanischen Stromverteilung im
Ortsraum. Dabei ist ein Anschluß an neue Experimente zu Atomlasern
und Photoelektronen sehr einfach möglich.
Als Quelle können isolierte Atome (Photoionisation), negativ geladene Ionen (Photodetachment), oder ganze Ensembles von Bosonen (BEC)
bzw. von Fermionen (Elektronengas) dienen.
Hierbei ergeben sich überraschende Resultate bereits für relativ einfache Feldkonfigurationen. So kann das Gravitationsfeld wie ein Dop-
Q 25.2 Di 17:00 HS 218
Nicht-zerfließende Wellenpakete in imaginären Potentialen —
•Ralf Stützle, Martin Göbel, Thomas Hörner, Igor Mourachko und Markus K. Oberthaler — Kirchhoff-Institut für Physik, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 227, 69120 Heidelberg
Imaginäre Potentiale werden verwendet, um Absorption von Atomen
zu beschreiben[1]. Vor Kurzem wurde von Efremov et al.[2] vorhergesagt, dass sich in periodischen absorptiven Strukturen nicht-zerfließende
Wellenpaket ausbilden können. Diese zeichnen sich durch eine zeitunabhängige Breite und durch eine räumlich quadratische Phase aus. Peri105
odische imaginäre Potentiale können einfach für metastabile Atome realisiert werden. Die ortsabhängige Absorption wird mit Hilfe einer stehenden Lichtwelle realisiert, deren Frequenz auf einen angeregten Zustand
abgestimmt ist, der hauptsächlich in den Grundzustand zerfällt. Da nur
die metastabilen Atome nachgewiesen werden, entspricht die Absorption
eines Photons der Absorption (Vernichtung) eines metastabilen Atoms.
Wir werden im Detail den experimentellen Nachweis der vorhergesagten Wellenpakete diskutieren. Mit Hilfe eines atom-interferometrischen
Aufbaus konnten wir sowohl den Absolutbetrag, als auch die räumliche
Phase des Wellenpakets vermessen. Die experimentellen Daten stimmen
sehr gut mit den theoretischen Vorhersagen[2] überein.
[1] D.O. Chudesnikov and V.P. Yakovlev, Laser Phys., 1, 110 (1991).
[2] M.A. Efremov et al., Laser Phys., 13, 995 (2003); JETP, 97, 522
(2003).
the phase is shown to be a convenient parameter to rapidly populate or
depopulate completely a trapping state of the ensemble. Increasing the
number of atoms leads to a more rapid transfer of the atoms into the
trapping states or vice versa. As applications, we discuss fluorescence
and absorption properties of the atoms and a possible setup for a fast
optical switching device controlled by the relative phase.
[1] R. H. Dicke, Phys. Rev. 93, 99 (1954).
[2] M. A. G. Martinez et al., Phys. Rev. A. 55, 4483 (1997), E. Paspalakis
and P. L. Knight, Phys. Rev. Lett. 81, 293 (1998).
[3] M. Macovei, J. Evers and C. H. Keitel, Phys. Rev. Lett. 91, 233601
(2003).
Q 25.6 Di 18:00 HS 218
Exact decoherence to pointer states in free open quantum systems is generic — •J. Eisert — Institut für Physik, Universität
Potsdam, Am Neuen Palais 10, D-14469 Potsdam
In this talk it is shown that exact decoherence to minimal uncertainty
Gaussian pointer states is generic for free quantum particles coupled to
a heat bath. More specifically, the paper is concerned with damped free
particles linearly coupled to a heat bath at arbitrary temperature, with
arbitrary coupling strength and spectral densities covering the ohmic,
subohmic, and supraohmic regime. Then it is true that there exists a time
tc such that for times t > tc the state can always be exactly represented as
a mixture (convex combination) of particular minimal uncertainty Gaussian states, regardless of the initial state. This exact ‘localisation’ is hence
not only a feature of the high temperature and weak damping limit, but
rather a generic property of damped free particles.
Q 25.3 Di 17:15 HS 218
Wellenpaketdynamik und Zahlenfaktorisierung — •Eric Lutz,
Holger Mack und Wolfgang P. Schleich — Universität Ulm, Abteilung für Quantenphysik D-89069 Ulm
Die Zeitentwicklung eines Wellenpakets mit quadratischen Phasenfaktoren zeigt quantenmechanische Wiederkehrphänomene, die als revivals
und fractional revivals bezeichnet werden. Wir zeigen wie diese fractional
revivals benutzt werden können um Zahlen zu faktorisieren und diskutieren wie die einzelnen Faktoren aus der Messung der Autokorrelationsfunktion gewonnen werden können.
Q 25.4 Di 17:30 HS 218
Coherent propagation of electron wavepackets in arrays of
coupled quantum dots — •Georgios Nikolopoulos1,2 , David
Petrosyan2 , and Peter Lambropoulos2 — 1Institut für Angewandte Physik, Technische Universität Darmstadt, D-64289 Darmstadt
— 2 Institute of Electronic Structure and Laser, FORTH, P.O.Box 1527,
Heraklion, GR-71110 Crete
Quantum computing schemes where the qubits are represented by spinstates of single electrons confined in individual quantum dots(QDs), are
of particular interest to current research, since they are considered to
be the most promising candidates for making large quantum computers.
Motivated by the necessity of understanding the dynamics of electron
wavepackets in the presence of disorder and dissipation and to investigate the conditions under which coherent transport can be achieved,
we study the dynamics of few-electron transport in a linear array of
tunnel-coupled quantum dots. The electrons are considered initially well
localized at the ends of the chain and their spin-sates are well defined.
We find that this system exhibits a rich variety of coherent phenomena,
ranging from electron wavepacket propagation and interference to manyparticle bonding and collision. Furthermore, we show that choosing the
couplings between adjacent QDs (optimal coupling) judiciously, one may
achieve non-dispersive propagation of the electron wavepacket. A possible scenario capable of producing controllable mesoscopically separated
EPR correlated pairs of electrons is presented.
Q 25.7 Di 18:15 HS 218
Measurement-based approach to quantum arrival times —
•Dirk Seidel and Gerhard C. Hegerfeldt — Tammannstrasse 1,
37077 Göttingen, Germany
For a quantum-mechanically spread-out particle we investigate a method
for determining its arrival time at a specific location. The procedure is
based on the emission of the first photon from a two-level system moving into a laser-illuminated region. The resulting temporal distribution
is explicitly calculated for the one-dimensional case and compared with
axiomatically proposed expressions. As main results we show that (a) by
means of a deconvolution one obtains the well known quantum mechanical probability flux of the particle [1] (b) by normalizing the corresponding temporal operator function the axiomatic arrival-time distribution
of Kijowski is recovered [2] (c) a limiting case yields Allcock’s complex
potential model.
[1] J.A. Damborenea, I.L. Egusquiza, G.C. Hegerfeldt, J.G. Muga, Phys.
Rev. A 66, 052104 (2002)
[2] G.C. Hegerfeldt, D. Seidel, J.G. Muga, Phys. Rev. A 68, 022111 (2003)
Q 25.8 Di 18:30 HS 218
Analysis of a minimally invasive detector model — •Jens Timo
Neumann und Gerhard C. Hegerfeldt — Inst. f. Theor. Physik,
Univ. Göttingen, Tammanstr. 1, 37077 Göttingen
Recently, models (J.J. Halliwell, Progr.Theor.Phys. 102 No. 4
(1999), 707-717; L.S. Schulman, talk at 8th Workshop on Time in Quantum Mechanics, Teneriffe 2003) for minimally invasive particle detectors
have been proposed, similar to a cloud chamber where a charged particle causes macroscopic changes in the environment without itself being
disturbed strongly. In the model, the detector (not the particle!) couples to a large environment only when the wave function of the particle
overlaps with the detector. We investigate to what extent the model is
truly minimally invasive and show that it has a close relation to quantum
optics, with similar limitations as in the detection through fluorescence
by means of a laser. Possible optimization schemes are discussed.
Q 25.5 Di 17:45 HS 218
Phase-Control of Collective Quantum Dynamics — •Jörg
Evers1 , Mihai Macovei1,2 , and Christoph H. Keitel1 —
1
Theoretische Quantendynamik, Fakultät für Mathematik und Physik,
Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, D-79104 Freiburg im
Breisgau — 2 Institute of Applied Physics, Academiei str. 5., MD-2028
Chisinau, Moldova
Ever since the classic work by Dicke [1], the concept of collectivity for
dipole-interacting atoms confined in a region of the order of a typical
optical wavelength has received considerable attention. However for possible applications, convenient schemes are required to control the atoms.
In this talk, we present a control scheme based on the manipulation of
the relative phase between the driving laser fields [2] for a collection
of three-level atoms in V - or Λ- configuration [3]. For larger samples,
106
Q 26 Ultrakurze Lichtimpulse: Erzeugung
Raum: HS 223
Q 26.1 Di 16:30 HS 223
Modengekoppelter
Nd-dotierter
Mikrostruktur-Faserlaser
— •Mathias Mönster1 , Peter Glas1 , Günter Steinmeyer1
und Rumen Iliew2 — 1 Max-Born-Institut für nichtlineare Optik
und Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2a, D-12489 Berlin —
2
Friedrich-Schiller-Universität, Max-Wien-Platz 1, D-07743 Jena
Mikrostrukturfasern (MSF) ermöglichen die Realisierung neuer
linearer und nichtlinearer Effekte in Fasern. Für modengekoppelte Faserlaser ist besonders die Möglichkeit zur Kompensation der Dispersion
(GVD) im sichtbaren Spektralbereich von Vorteil, um möglichst kurze
Pulse zu erzeugen, was in konventionellen Glasfasern nur im nahen
Infrarot möglich ist. Zum ersten Mal konnte in unserem Experiment
ein Nd-dotierter MSF-Laser mit einem einfachen Halbleiter-Spiegel
(SESAM) modengekoppelt werden. Ein alternativer Ansatz ist in [1]
beschrieben. Die Pulsdauer wurde zu ∼25 ps bestimmt, die Bandbreite
zu 2.15 THz. Bei der gemessenen Repetitionsrate von ∼80 MHz betrug
die Impulsspitzenleistung 4 W. Eine numerische Simulation der MSF
hat gezeigt, daß die Laserwellenlänge im Bereich normaler Dispersion
liegt. Aufgrund des gemessenen Zeit-Bandbreite-Produktes von ∼50 ist
zu erwarten, daß die Pulsdauer durch Veränderung der Dispersionscharakteristik der MSF noch erheblich verkürzt werden kann.
Spörlein, W. Zinth, Appl. Phys. B 71 (2000), 457.
[2] P. Baum, S. Lochbrunner, E. Riedle, Opt. Lett., in print.
Q 26.4 Di 17:15 HS 223
Methoden zur Stabilisierung eines Yb:Glas Femtosekunden Laseroszillators — •Stefan Gorenflo1 , Alexander Killi1 , Uwe
Morgner1 , Max Lederer2 , Jörg Bitschnau2 und Daniel Kopf2
— 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik — 2 HighQLaser Production
GmbH
Wir Berichten über Theorie und Experimente zur elektronischen
Stabilisierung eines solitär modengeloppelten Yb:Glas Laseroszillators. Die Pumpleistung wird in geeigneter Weise geregelt, so dass
Güteschaltungsinstabilitäten unterdrückt werden. Diese stellen insbesondere bei Lasermaterialien mit hohen Trägerlebensdauern im ms-Bereich,
wie Ytterbium dotierten Gläsern, ein Problem dar.
Q 26.5 Di 17:30 HS 223
Diodengepumptes Femtosekunden Lasersystems mit Cavity
Dumping — •Alexander Killi1 , Uwe Morgner1 , Max Lederer2 und Daniel Kopf2 — 1 Max-Planck-Institut für Kernphysik —
2
HighQLaser Production GmbH
Wir berichten über einen direkt Diodengepumpten Femtosekunden Laseroszillator, der durch Cavity Dumping Impulsenergien von über 400 nJ
erzeugt. Die resultierende Spitzenleistung liegt weit über 1 MW. Unseres Wissens ist das System das erste seiner Art. Der Laser ist solitär
modengekoppelt, durch die Verwendung von dispersiven Spiegeln und eines sättigbaren Halbleiterspiegels (SESAM). Cavity Dumping wird durch
einen Dünnfilmpolarisator und eine BBO Pockels Zelle verwirklicht. Die
Pulsenergien sind Ausreichend für Michromachining, ohne auf komplexe
Verstärkersysteme zurückgreifen zu müssen. Weiterhin ermöglicht dieses Lasersystem eine tiefere Einsicht in solitäre Pulsformungsprozesse im
transienten Regime, wie zum Beispiel temporales und spektrales Atmen
der resonatorinternen Laserimpulse.
[1] K. Furusawa et al., Electronics Letters 37, 560 (2001)
Q 26.2 Di 16:45 HS 223
Weit abstimmbare Lichtimpulse mit einer Dauer von weniger
als 30 fs aus einem Er:Faserlaser — •Florian Adler1 , Florian
Tauser2 und Alfred Leitenstorfer1 — 1 FB Physik, Universität
Konstanz, Universitätsstr. 10, D-78464 Konstanz — 2 Physik-Department
E11, TU München, James-Franck-Str., D-85748 Garching
Aufgrund ihrer Kompaktheit, Kosteneffizienz und hohen Stabilität finden modengekoppelte Glasfaserlaser ihren Weg in immer mehr Anwendungsgebiete. Gerade für die Spektroskopie waren jedoch der bisher erreichbare Durchstimmbereich und die Impulsdauer unzureichend.
Wir präsentieren die Erzeugung abstimmbarer Impulse aus einem
Er:Faserlaser-System [1] durch Frequenzkonversion in einer nichtlinearen Glasfaser. Die Eingangsimpulse mit einer Wellenlänge von 1550 nm
werden dabei in zwei wechselseitig kohärente Anteile konvertiert, deren
Zentralwellenlängen insgesamt von 1120 nm bis 1950 nm veränderbar
sind. Die Abstimmbarkeit erfolgt dabei besonders komfortabel über die
Einstellung des Vorchirps der Eingangsimpulse. Der nicht-solitonische
Anteil zwischen 1140 nm und 1300 nm wird mit einer anschließenden
Prismensequenz komprimiert. Dabei erreichen wir Impulsdauern von bis
zu 24 fs.
[1] F. Tauser et al., Opt. Expr. 11, 594 (2003)
Q 26.6 Di 17:45 HS 223
12 fs pulses from a cw-pumped 200 nJ Ti:sapphire amplifier at
a variable repetition rate of up to 4 MHz — •Ruppert Huber1 ,
Florian Adler1 , Alfred Leitenstorfer1 , Matthias Beutter2 ,
Peter Baum2 , and Eberhard Riedle2 — 1 Physik-Department E11,
TU München — 2Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik
We demonstrate a novel compact femtosecond Ti:sapphire laser system
operating at repetition rates between 10 kHz and 4 MHz. The scheme is
based on the combination of a broadband cavity-dumped oscillator and
a double pass Ti:sapphire amplifier pumped by a low noise cw solid-state
laser. Amplified pulses with an extremely smooth spectrum, a duration
of only 12 fs and less than 0.25 % rms fluctuation are generated in a
beam with M 2 < 1.2 . Maximum pulse energies of 210 nJ and an average
output power of as much as 720 mW are achieved. This output energy is
sufficient to generate a stable continuum in a sapphire disk. The system
has already been used successfully for THz spectroscopy with largely improved sensitivity and the use for molecular pump-probe spectroscopy is
in preparation.
Q 26.3 Di 17:00 HS 223
Compact autocorrelator for online monitoring of tunable 10
fs pulses in the visible and NIR — •Ida Z. Kozma, Peter
Baum, Uli Schmidhammer, Stefan Lochbrunner, and Eberhard
Riedle — Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion Physik, LudwigMaxilimians-Universität München
Noncollinearly phase matched optical parametric amplifiers (NOPAs)
are practical sources of sub-30 fs pulses tunable across the visible and
infrared spectral range [1]. Their proper use requires precise knowledge
about the pulse length and optimal compression. An autocorrelator with
a 2 Hz update rate is described which allows to measure the temporal
profile of light pulses with durations ranging from about 100 fs to sub-10
fs that are generated at 100 Hz to 10 kHz repetition rate. The device
features a dispersion free non-interferometric setup with a simple open
loop piezo-electric-translator for scanning the time delay. The precision
is ensured by an interferometric calibration procedure. The applicability of the device is demonstrated in the 420-1460 nm wavelength range.
The accuracy is proven by the good agreement between the autocorrelation measurement and the intensity autocorrelation computed from a
ZAP-SPIDER measurement [2]. The compact design and high sensitivity
of the autocorrelator in combination with the real-time data acquisition
and evaluation system makes it an ideal tool for the diagnostics of tunable
ultrashort light pulses.
[1] E. Riedle, M. Beutter, S. Lochbrunner, J. Piel, S. Schenkl, S.
Q 26.7 Di 18:00 HS 223
Hochrepetitiver 100kHz sub-10fs Ti:Saphir-Laser mit kryogener
Verstärkerstufe — •M.G. Schätzel1 , F. Lindner1 , J.F. Grasbon1 , G.G. Paulus1,2,3 und H. Walther1,2 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, 85748 Garching — 2Ludwig-Maximiliams-Universität
München, Sektion Physik, 85748 Garching — 3 Texas A&M University,
Department of Physics, College Station, TX 77843-4242, USA
Bei der Entwicklung von Ultrakurzpulslasern steht neben der
Pulslänge zumeist die Pulsenergie im Vordergrund. Bei vielen Experimenten (bspw. COLTRIMS [1]) ist man jedoch mehr auf eine gute
Messstatistik und somit auf eine hohe Wiederholrate angewiesen.
Das von uns entwickelte Lasersystem liefert Pulse von unter 10fs und
Energien > 3µJ bei einer Repetitionsrate von 100kHz. Das Lasersystem [2] verstärkt ohne externe Pulsstreckung und nutzt die dispersionsbedingte Pulsverlängerung innerhalb des regenerativen Verstärkers aus,
der zur Vermeidung thermischer Linseneffekte eine kryogene Kühlung
besitzt. Die benötigte Bandbreite wird in einem Xe-befüllten Hohlfa107
serkompressor erzeugt. Vor der Einkoppelung in diesen wird die Dispersion mit einen Doppelprismenkompressor in Verbindung mit einem
Flüssigkristallmodulator in einem 4f-Aufbau optimal angepasst. Zur Verbesserung der Langzeitstabilität wurde eine auf CCD-Detektoren basierende Strahlstabilisierung implementiert.
Die Stabilisierung der absoluten (CEO) Phase befindet sich im Aufbau.
[1] J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 36 (2003) 3269
[2] IEEE J. of Quantum Electronics 38 (2002) 1465
NOPA all wavelengths between 480 and 900 nm can be phase matched.
Experimentally it is shown that a BBO crystal as thick as 360 µm can be
used to frequency double extremely broad visible spectra with about 20 %
efficiency. When the UV pulses are compressed in a suitable combination
of prisms and slab material tunable pulses with a length well below 10 fs
are obtained. The higher order chirp is compensated with a deformable
mirror. The precise pulse shape and spectral phase is characterized with
ZAP-SPIDER.
Q 26.8 Di 18:15 HS 223
Tunable sub-10 fs ultraviolet pulses by achromatic second harmonic generation — •Peter Baum, Stefan Lochbrunner, and
Eberhard Riedle — Lehrstuhl für BioMolekulare Optik, Sektion
Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
Achromatic phase matching was suggested 15 years ago to overcome
the bandwidth limitation in second harmonic generation. A broadband
light pulse is angularly dispersed such that for all spectral components
the phase matching angle of the nonlinear crystal is matched in a fixed
overall geometry. Unfortunately this concept has not yet been demonstrated for the generation of extremely short UV pulses. We show that
by suitable choice of the prisms used to disperse the visible light from a
Q 26.9 Di 18:30 HS 223
Observation of Superradiant Amplification of Ultrashort Laser
Pulses in a Plasma — •Matthias Dreher and K.-J. Witte —
MPI für Quantenoptik, Garching
We demonstrate the amplification of a femtosecond signal pulse in an
underdense plasma by a novel mechanism called superradiant amlification. The pulse is amlified by a counterpropagating few picosecond long
pump pulse. In the superradiant regime the ponderomotive ponderomotive forces exceed the electrostatic forces. We found a significant amplification in energy and intensity. The time structure of the amplified signal
pulse carries intrinsic features of the superradiant regime. It appears that
sub-10-fs pulses of Petawatt power are achievable.
Q 27 Fallen und Kühlung
Raum: HS 224
Q 27.1 Di 16:30 HS 224
Eine optische Dipolfalle für Calcium-Atome — •Carsten Degenhardt1 , Christian Lisdat2 , Hardo Stoehr1 , Uwe Sterr1 und
Fritz Riehle1 — 1 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee
100, 38116 Braunschweig — 2 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Es werden Experimente zur Speicherung eines ultrakalten Ensembles
von Calcium-Atomen (12 µK) in einer optischen Dipolfalle vorgestellt.
Als Dipolfallenlaser dient ein 8 W Ar+ -Laser bei einer Wellenlänge von
514 nm. Die Transfereffizienz beträgt 3 %. Mögliche Lademechanismen
werden diskutiert. Stöße mit dem Hintergrundgas begrenzen zur Zeit die
Fallenlebensdauer auf 200 ms. Heizprozesse in der Dipolfalle werden nicht
beobachtet.
Für den Einsatz von in optischen Potentialen gespeicherten Atomen als Frequenznormal muss die Dipolfalle bei der sogenannten ’magischen Wellenlänge’ betrieben werden, bei der keine Frequenzverschiebung der möglichen Interkombinationsübergänge 1 S0 − 3 P 0,1 auftritt. Durch Vermessung der ac-Stark-Verschiebung des Interkombinationsübergangs wurden die ’magischen Wellenlängen’ ermittelt. Sie liegen
alle im Verstärkungsbereich eines Titan-Saphir-Lasers.
Q 27.3 Di 17:00 HS 224
An ultracold dense gas of Rydberg atoms — •Kilian Singer,
Markus Reetz-Lamour, Thomas Amthor, and Matthias
Weidemüller — Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104
Freiburg
We have realized a frozen gas of Rydberg atoms at densities where interaction effects are expected to play an important role. The interaction
is caused by the polarizabilities and electric dipole moments of Rydberg
atoms. The temperature of the gas is in the µK regime so that thermal
motion is negligible during Rydberg excitation. First experimental results
are presented.
Q 27.4 Di 17:15 HS 224
Elastische und inelastische Stoßwechselwirkungen metastabiler
Neonatome — •P. Spoden, M. Zinner, N. Herschbach, W. van
Drunen, W. Ertmer und G. Birkl — Institut für Quantenoptik,
Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover
Wir berichten über die experimentelle Untersuchung der elastischen
und inelastischen Stoßwechselwirkungen von 20 Ne bzw. 22Ne im metastabilen Zustand 3s[3/2]2 . Die Bestimmung der entsprechenden Raten ist
für Experimente zum Erreichen hoher Phasenraumdichte von essentieller
Bedeutung.
Zur Bestimmung der elastischen Stoßraten wurde das Ensemble durch
1D-Dopplerkühlung in der Magnetfalle einen Nichtgleichgewichtszustand
präpariert. Anhand der dichteabhängigen Rethermalisierungsraten konnten die Streulängen beider Isotope ermittelt werden.
Für ein unpolarisiertes magnetooptisch gespeichertes Ensemble wurden die Koeffizienten der Penning-Ionisation (PI) für ss- und sp-Stöße
mit Hilfe von Zerfallsmessungen gespeicherter Ensembles ermittelt. Die
Bestimmung der Koeffizienten für ss-Stöße wurde mit einem spinpolarisierten, magnetisch gespeicherten Ensemble wiederholt. Für beide Isotope wurde die Unterdrückung der PI durch Spinpolarisation beobachtet,
welche jedoch deutlich unterhalb der prognostizierten Werte liegt. Die
dichteabhängige PI führt zu verstärkten Verlusten von energiearmen Atomen im Fallenzentrum. Die aus den resultierenden Heizraten bestimmten
PI-Raten stehen in Übereinstimmung mit jenen, die aus den Zerfallskurven ermittelt wurden.
Q 27.2 Di 16:45 HS 224
Magnetisches Fangen von metastabilen Ytterbiumatomen —
•Sven Kroboth1 , Alexander Batär1,2 , Fatih Ünlü1 , Nils Nemitz1 und Axel Görlitz1,2 — 1 Universität Stuttgart, 5. Physikalisches
Institut — 2Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Institut für Experimentalphysik
Das magnetische Fangen von neutralen Atomen im Grundzustand
hat sich in den letzten Jahren insbesondere für die Bose-EinsteinKondensation als Standardtechnik etabliert. Für Elemente mit
diamagnetischem Grundzustand ist dieser Zugang jedoch nicht möglich.
Daher wurde vorgeschlagen, Erdalkaliatome sowie Ytterbium, das eine
vergleichbare Termstruktur aufweist, in einem metastabilen Triplettzustand magnetisch zu fangen. Erste theoretische Untersuchungen
der Stoßeigenschaften in diesem Zustand konnten dabei noch keine
eindeutigen Aussagen über die Möglichkeit der evaporativen Kühlung
machen [1,2].
Im Rahmen unseres Experiments zur Erzeugung zweikomponentiger
Quantengase aus ultrakalten Rubidium- und Ytterbiumatomen ist es uns
gelungen, erstmals Ytterbiumatome im metastabilen 3 P2 -Zustand magnetisch zu fangen. Die Ytterbiumatome werden mittels eines natürlichen
Zerfallskanals kontinuierlich aus einer MOT in die Magnetfalle geladen,
ähnlich wie es bereits mit Chrom demonstriert wurde [3]. Wir berichten
über erste quantitative Messungen zur Ladeeffizienz und zur Lebensdauer
in der Magnetfalle.
[1] A. Derevianko et al., Phys. Rev. Lett. 90, 063002 (2003)
[2] V. Kokoouline et al., Phys. Rev. Lett. 90, 253201 (2003)
[3] J. Stuhler et al., Phys. Rev. A, 64, 031405 (2001)
Q 27.5 Di 17:30 HS 224
Dipolare Relaxation in einem Gas magnetisch gefangener
Chrom Atome — •Axel Griesmaier, Sven Hensler, Jörg
Werner, Axel Görlitz, Jürgen Stuhler und Tilman Pfau —
5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57,
70550 Stuttgart
Dipolare Relaxations-Prozesse führen in einem Gas magnetisch gespeicherter Atome zu inelastischen Verlusten und einem Aufheizen des Gases. Bei solchen Prozessen wird die Zeeman-Energie des atomaren Spins
eines Stoßpartners im Magnetfeld der Falle durch eine Änderung des
108
Spinzustandes freigesetzt. Der Streuquerschnitt für diese Stoßprozesse
ist unabhängig vom Molekülpotential und skaliert mit dem magnetischen Moment µ der Stoßpartner in der dritten Potenz. Bei Chrom
(µ = 6 · µB ) wurden dipolare Relaxationsraten von 4 · 10−12 cm3 /s bis
3.2 · 10−11 cm3/s bei Magnetfeldern von 1 G bis 44 G gemessen. Die dadurch entstehenden Verluste verhindern die Bose-Einstein-Kondensation
von Chrom in einer magnetischen Falle.[1]
Wir präsentieren ein auf der dipolaren Kopplung zweier Spins beruhendes theoretisches Modell zur Berechnung der dipolaren Relaxationsrate,
welches einfach auf andere dipolare Gase übertragen werden kann, sowie vergleichende Messungen an Chrom, die dieses Modell experimentell
bestätigen.
[1] S. Hensler et al., Dipolar Relaxation in an ultra-cold Gas of magne”
tically trapped chromium atoms“, Appl. Phys. B, 77 (8), 765 (2003)
We trap Cesium atoms in a quasi-electrostatic trap (QUEST) formed
by the focus of a CO2-Laser. Photoassociation is induced by a tunable Titanium-Sapphire laser and is currently monitored by measuring
trapped atom losses. The sensitivity of this approach allowed us to measure the Franck-Condon factors for transitions into the lowest vibrational
levels of the 0−
g state. Saturation of the photoassoaciation is observed
both due to depletion of the trapped atomic sample and due to strong
coupling of the scattering state to bound molecular states. These processes are disentangled and the results are compared to the photoassociation model by Bohn and Julienne. The photoassociation rate coefficient
is found to saturate at the unitarity limit.
Q 27.8 Di 18:15 HS 224
Two-dimensional trapping of dipolar molecules in time-varying
electric fields — •T. Junglen, T. Rieger, S.A. Rangwala,
P.W.H. Pinkse, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Cold molecular samples offer new perspectives in atomic and molecular
physics, in particular high-precision measurements and collisional physics
studies. These fields would benefit from new methods to produce and manipulate such samples. Recently, we have obtained two-dimensional trapping of low-field seeking polar molecules in electrostatic fields [1]. However, high-field seeking molecules cannot be trapped as Maxwell’s equations do not allow free-space maxima in electrostatic fields. We here report on two-dimensional trapping of cold dipolar molecules in an electrodynamic trap [2]. Slow ND3 molecules from an effusive source are guided
between four 50 cm long rods driven by an alternating electric potential
at frequencies of a few kHz. With this method a trapping potential of
the order of 10 mK can be obtained for low-field seeking states, slightly
less for high-field seeking states.
[1] S.A. Rangwala et al., Phys. Rev. A 67, 043406 (2003)
[2] T. Junglen et al., ArXiv:Physics/0310046
Q 27.6 Di 17:45 HS 224
Cold heteronuclear alkali dimers (LiCs, NaCs) attached
to helium nanodroplets — •M. Mudrich1 , O. Bünermann2 ,
F. Stienkemeier2 , and M. Weidemüller1 — 1 Physikalisches
Institut, Universität Freiburg, 79104 Freiburg — 2 Fakultät für Physik,
Universität Bielefeld, Universitätsstr. 25, 33615 Bielefeld
Cold heteronuclear alkali dimers (LiCs and NaCs) are formed in a
beam of helium nanodroplets. Excitation spectra in the frequency range
of a tunable Ti:Sa-laser are recorded using mass-selective photoionization, laser-induced fluorescence and laser-induced beam depletion as detection methods. The observed vibrational progressions are identified in
terms of transitions within the triplet manifold. Analysis of the spectra
yields constraints to ab initio potential curves from literature. Laserinduced desorption of the heteronuclear dimers is observed which opens
perspectives to create a beam of free, cold heteronuclear molecules for
precision spectroscopy or to provide a source for deceleration and trapping of polar molecules.
Q 27.7 Di 18:00 HS 224
Saturation of the Photoassociation of Ultracold Molecules in
an Optical Dipole Trap — •Roland Wester, Stephan Kraft,
Marcel Mudrich, Matthias Staudt, Jörg Lange, and Matthias
Weidemüller — Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104
Freiburg
Q 28 Quantengase III
Raum: HS 225
Q 28.1 Di 16:30 HS 225
Ultrakalte Bose-Gase in optischen Gittern — •Thomas Schulte, Sascha Drenkelforth, Carsten Klempt, Wolfgang Ertmer und Jan Arlt — Institut für Quantenoptik; Universität Hannover;
Welfengarten 1; 30167 Hannover
Optische Potentiale, insbesondere optische Gitter haben sich in den
letzten Jahren zu einem wertvollen Werkzeug zur Untersuchung ultrakalter Quantengase entwickelt. Die erreichbaren Potentialtiefen sowie
die Größe der Fallenfrequenzen erlauben Untersuchungen in bisher unzugänglichen Regimen in denen starke Korrelationen das System dominieren können.
Insbesondere eignen sich optische Potentiale zum Studium niederdimensionaler Systeme. Von großem Interesse ist hierbei die Untersuchung eindimensionaler Quantengase in einem 2D-optischen Gitter.
In Abhängigkeit von den experimentellen Parametern, können solche
eindimensionalen Quantengase durch starke Korrelationen geprägt sein
(Tonks-Gas) oder durch Meanfield-Theorien beschrieben werden (BEC).
Die physikalischen Eigenschaften des Quantengases in diesen beiden Regimen weichen stark voneinander ab.
In diesem Vortrag berichten wir über den Stand unserer Arbeiten mit
ultrakalten Rb-Atomen in optischen Gittern. Wir stellen den mit unserem
Experiment erreichbaren Parameterbereich, insbesondere mit Blick auf
die Erzeugung stark korrelierter Systeme dar und stellen die erreichten
Resultate sowie unsere Projekte in quasi-periodischen optischen Gittern
vor.
Q 28.2 Di 16:45 HS 225
Inhomogeneous Bose-Fermi mixtures in regular lattices —
•M. Cramer1 , J. Eisert1 , and F. Illuminati2 — 1 Institut für
Physik, Universität Potsdam, Am Neuen Palais 10, D-14469 Potsdam —
2
Dipartimento di Fisica, Università di Salerno, INFM UdR di Salerno,
I-84081 Baronissi (SA)
We determine ground state properties of inhomogeneous boson-fermion
mixtures in regular lattices by studying the Bose-Fermi Hubbard model
with the inclusion of confining external potentials. We present the exact
solution in the limit of vanishing hopping (ultradeep lattices) and study
the resulting domain structure of composite particles. Finite hopping is
introduced in the framework of mean field theory and perturbative corrections. We determine the domain boundaries between Mott-insulator
and hopping-dominated regions for lattices of arbitrary dimensionality
within Landau theory. The results are compared with a numerical analysis based on a Gutzwiller variational approach.
Q 28.3 Di 17:00 HS 225
Spatial correlations of trapped 1d bosons in an optical lattice
— •Corinna Kollath1 , Ulrich Schollwöck1, Jan von Delft1 ,
and Wilhelm Zwerger1,2 — 1 LMU-München, Theresienstr. 37, 80333
München — 2 Institut für theoretische Physik, Universität Innsbruck,
Thechnikerstr. 25, 6020 Innsbruck
Greiner et al.[1] succeeded in driving a quantum phase transition between a superfluid and a Mott-insulating phase of trapped cold bosonic
atoms in an optical lattice. We investigate a similar quasi-one dimensional
system by using the density matrix renormalization group to study the
Bose-Hubbard model at T = 0 for experimentally realistic numbers of
lattice sites [3] (for experiments on quasi-one dimensional systems see
[2]). We focus on the influence of the parabolic trapping on the quantum
109
phase transition and show that a properly rescaled one-particle density
matrix characterizes superfluid versus insulating states just as in the
homogeneous system. We further confirm for typical parabolic traps the
widely used local density approach for describing correlations in the limit
of weak interaction.
[1] M.Greiner et al. Nature 415, 39 (2002)
[2] H.Moritz et al. cond-mat/0307607
[3] C.Kollath et al. cond-mat/0310388
Die Kontrolle der zwischenatomaren Wechselwirkung mit magnetisch
abstimmbaren Feshbach-Resonanzen hat sich in der letzten Zeit als wichtige Säule für Experimente mit Quantengasen herausgestellt. Vor wenigen
Jahren wurde vorhergesagt [1,2], dass sich die Streulänge a in ultrakalten Gasen auch durch nahresonantes Licht beeinflussen lässt. Bei dieser sogenannten optischen Feshbach-Resonanz wird der atomare Streuzustand optisch an einen Molekülzustand gekoppelt. Gerade für 87 Rb-BoseEinstein-Kondensate, deren magnetisch fangbare Spinzustände keine magnetischen Feshbach-Resonanzen aufweisen, wäre eine optische FeshbachResonanz sehr interessant. Bei Laserintensitäten im Bereich über 1000
W/cm2 sollten nennenswerte Änderungen der Streulänge bei vertretbaren Verlustraten auftreten. Ausgehend von einem 87 Rb Bose-EinsteinKondensat (F= 1, mF = -1) untersuchen wir experimentell diese Vorhersagen.
[1] P. Fedichev et al., Phys. Rev. Lett. 77 ,2913 (1996)
[2] J. Bohn und P. Julienne, Phys. Rev. A 56, 1486 (1997)
Q 28.4 Di 17:15 HS 225
Dynamics of a Fermi Gas in a Periodic Potential — •Herwig
Ott, Estefania de Mirandes, Francesca Ferlaino, Giacomo
Roati, Giovanni Modugno, and Massimo Inguscio — LENS and
Dipartimento di Fisica, Università di
We study the dynamics of fermions and that of mixtures of fermions
and bosons in a 1D optical lattice. By exciting the dipolar oscillation we
find a damping of the center of mass motion and a localization of the
cloud on one side of the potential. The role of collisions in this damping
and localization process is investigated and reveals interesting phenomena
like a collisionally induced transport. The current state of the experiment
is reported.
Q 28.7 Di 18:00 HS 225
Light induced dipole-dipole interaction in strongly confined
BECs — •Robert Löw, Rudolf Gati, Rolf Heidemann, Ulrich
Raitzsch, Jürgen Stuhler, and Tilman Pfau — 5. Physikalisches
Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
In dense BECs the forces due to light induced dipole-dipole interaction can exceed the forces due to spontaneous emission. We show that
the effect of the dipole-dipole interaction depends on the shape of the
condensate and the polarization of the light field due to the longrange
character and the anisotropy of the interaction. We present calculations
in the Raman-Nath regime of light pulses short compared to the motional time scale, that take retardation effects into account. The state of
the corresponding experiment will be reported.
Q 28.5 Di 17:30 HS 225
Messung einer Feshbachresonanz gemischter Zustände in Rubidium 87 — •Michael Erhard, Holger Schmaljohann, Jochen
Kronjäger, Kai Bongs und Klaus Sengstock — Institut für LaserPhysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, D-22761 Hamburg
Wir berichten über die Messung einer Feshbachresonanz zwischen den
|2, −1i und |1, +1i-Zuständen in einem 87 Rb Bose-Einstein-Kondensat
[1]. Das Auftreten der Resonanz bei einem niedrigen Magnetfeld von
(9.09±0.01) G im Gegensatz zu anderen Feshbachresonanzen in 87 Rb [2]
bei sehr hohen Magnetfeldern eröffnet vielfältige Anwendungsbereiche.
Neben der Physik mehrkomponentiger Spinsysteme ist insbesondere die
Erzeugung von Verschränkung [3] in der Quanteninformationsverarbeitung zu nennen.
Nach einer kurzen Beschreibung des Experiments sollen die Position,
Höhe und Breite der beobachteten Resonanz diskutiert und mit theoretischen Vorhersagen [4] verglichen werden.
[1] M. Erhard et al., cond-mat/0309318 (2003)
[2] A. Marte et al., Phys. Rev. Lett. 89,283202 (2002)
[3] A. Widera et al., cond-mat/0310719 (2003)
[4] E.G.M. van Kempen et al., Phys. Rev. Lett. 88, 093201 (2002)
Q 28.8 Di 18:15 HS 225
Ground-state energy and depletion of a two-component dilute
Bose gas beyond the Gross-Pitaevskii approximation — •André
Eckardt, Christoph Weiss, and Martin Holthaus — Institut für
Physik, Carl von Ossietzky Universität, D-26111 Oldenburg
The ground state of a homogeneous, weakly interacting two-component
Bose gas is studied. The Bogoliubov approach is employed to determine
ground-state energy and depletion. Using a recently developed method
[1] for avoiding all spurious divergent terms, the treatment becomes particularly transparent. The analytical results simplyfy considerably if the
masses of both species are equal. It is stressed that the standard Bogoliubov treatment presupposes not only the low-density regime, but
also interaction potentials such that the replacement of the exact s-wave
scattering length by its lowest Born approximation is adequate.
[1] C. Weiss, M. Block, D. Boers, A. Eckardt, and M. Holthaus; Groundstate energy of a weakly interacting Bose gas: Calculation without regularization; preprint (Universität Oldenburg, 2003)
Q 28.6 Di 17:45 HS 225
Suche nach optischen Feshbach-Resonanzen — •Matthias
Theis1 , Gregor Thalhammer1 , Klaus Winkler1 , Michael
Hellwig1 , George Ruff1 , Rudolf Grimm1,2 und Johannes
Hecker Denschlag1 — 1Institut für Experimentalphysik, Universität
Q 29 Hauptvorträge II
Raum: HS 225
Hauptvortrag
[2] J. Botero et al., Appl. Phys. B 76, 129 (2003)
Q 29.1 Do 11:00 HS 225
Interferenz, Korrelationen und Verschränkung in höheren Dimensionen — •Wolfgang Schleich — Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm, Germany
In der Quantenmechanik existieren Korrelationen zwischen Ort und
Impuls, die es in der klassischen Mechanik nicht gibt. Diese treten
am stärksten in s-Wellen auf und hängen empfindlich von der Zahl
der Dimensionen des Raumes ab. Sie manifestieren sich in negativen
Werten der Wigner-Funktion. Wellenpakete, die sich ohne äußere
klassische Kräfte zusammenziehen oder eine quadratische Abhängigkeit
der kinetischen Energie von der Teilchenzahl sind Phänomene, die
von diesen Korrelationen herrühren. Die Verletzung des Huygenschen
Prinzips der Elektrodynamik in geradzahligen Dimensionen hängt
eng damit zusammen. Insbesondere treten hierbei auch halbzahlige
Drehimpulse auf. Experimente mit kalten verschränkten Atomen
ermöglichen Tests dieser Vorhersagen.
Hauptvortrag
Q 29.2 Do 11:45 HS 225
Ultra-cold Fermi Gases: From Bose-Einstein Condensation of
Molecules to Fermi Superfluidity — •Christophe Salomon —
Département de physique de l’Ecole Normale Supérieure, Laboratoire
Kastler Brossel, 24 rue Lhomond, 75231, Paris, France
We will describe recent experiments on ultra-cold Fermi gases and
efforts towards the observation of fermionic superfluidity. Using Feshbach resonances in a two-component Fermi gas, it is possible to tune the
strength and sign of the effective interaction in the gas. This gives access
to the strongly interacting regime for which recent theoretical calculations predict a large increase of the superfluid transition temperature.
For large and positive scattering length, it is possible to produce very
efficiently cold molecules from the Fermi gas. Surprisingly, the lifetime of
these giant dimers is very long, enabling the production of Bose-Einstein
condensates of molecules and a novel method to approach the superfluid
transition.
[1] I. Bialynicki-Birula et al., Phys. Rev. Lett. 89, 060404 (2002)
110
Q 30 Symposium Biophotonik (SYBP)
Raum: HS 224
Q 30.1 Do 11:00 HS 224
Abstracts: siehe Programm des Symposiums Biophotonik
—•—
Q 31 Poster Nichtlineare optische Effekte und Lichtquellen
Q 31.1 Do 14:00 Schellingstr. 3
Effiziente Frequenzkonversion in kohärent präparierten Medien
— •Martin Oberst, Torsten Rickes und Thomas Halfmann
— Erwin-Schroedinger-Str., Postfach 3049, 67653 Kaiserslautern
Die Erzeugung durchstimmbarer, vakuum(extrem)-ultravioletter
Strahlung durch Vierwellenmischung kann in einem durch Stark
chirped rapid adiabatic passage (SCRAP) im Zustand maximaler
Kohärenz präparierten Medium signifikant erhöht werden. Dabei wird
ein n-Photonen-Übergang (n=1,2) zwischen einem Grund- und einem
angeregten Zustand durch einen leicht von der Resonanzfrequenz
verstimmten Laserpuls (Pumplaser) angeregt. Ein zweiter, nichtresonanter, intensiver Laserpuls induziert zusätzlich eine dynamische
Stark-Verschiebung der Energieniveaus des Systems. Dies kann,
bei geeigneter Wahl der Laserparameter, zu einem vollständigen
Besetzungstransfer zwischen den beiden Zuständen und damit zur
Überhöhung der im Medium induzierten Polarisation führen. Diese wird
dann im Frequenzkonversionsprozess genutzt.
Die bisherigen Untersuchungen wurden an Edelgasen durchgeführt.
Die Effizienz der Frequenzverdreifachung konnte hier um mehr als eine
Größenordnung gegenüber der konventionellen Frequenzkonversion gesteigert werden. Alternative Verfahren zur kohärenten Präparation sowie Kopplungsschemata in verschiedenen Medien werden vorgestellt und
Perspektiven zur Erweiterung des Einsatzbereichs des Verfahrens und
weiteren Steigerung der Konversionseffizienz angeführt.
[1] A. Tünnermann et al., Phys. Rev. A 46, 27071 (1992)
[2] C. Reinhardt et al., Opt. Lett. 25, 1043 (2000)
Erzeugung von hohen Harmonischen und Plasma-Strahlung in
Wassermikrotröpfchen — •Robert Spitzenpfeil, Thomas Pfeifer, Dominik Walter, Carsten Winterfeldt, Christian Spielmann und Gustav Gerber — Physikalisches Institut, Universität
Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany
Wir untersuchen die Emission von XUV-Strahlung aus Wassermikrotröpfchen bei Anregung mit entweder einem einzelnen oder einem
Paar von intensiven Femtosekunden-Laserimpulsen. Durch Variieren der
Verzögerungszeit zwischen den zwei Pulsen kann ein Übergang von Emission inkohärenter Plasma-Strahlung zu einem Bereich, in dem kohärente
Hohen-Harmonischen-Strahlung erzeugt wird, beobachtet werden. Unter
optimierten Bedingung wurden hohe Harmonische bis zur 27. Ordnung
erreicht.
A novel scheme for high efficient type II second harmonic
generation — •Klaus Finsterbusch1 , Usman Sapaev2 , Grigorios Tsilimis1 , and Helmut Zacharias1 — 1 Physikalisches Institut, Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Wilhelm-Klemm-Str.
10, 48149 Münster, Germany — 2 NPO Akadempribor, Akademgorodok,
Tashkent 700125, Uzbekistan
We investigated a novel scheme of Type II second harmonic generation
(SHG) of Gaussain laser beams both theoretically and experimentally. We
show that the conversion efficiency can be increased by spatial separation
of the o and e beam in the principal plane of the crystal. This is due to
decreased influence of spatial walk-off. In the case of short laser pulses
the influence of group velocity mismatch can be decreased by additional
insertion of temporal delay between the pulses. Experimental results are
presented for type II SHG in KDP and BBO at a fundamental wavelength
of 1053 nm and 800 nm, respectively.
Aufbau einer Heatpipe für Quecksilberatome für Anwendungen in der nichtlinearen Optik — •Jens Klein, Torsten Rickes
und Thomas Halfmann — Fachbereich Physik, TU Kaiserslautern,
D-67663 Kaiserslautern
Quecksilber ist ein typisches Medium für Anwendungen in der nichtlinearen Optik. Speziell für die Erzeugung vakuum-ultravioletter (VUV)
Strahlung durch Frequenzkonversion ergeben sich hohe nichtlineare Suszeptibilitäten. Für Experimente zur Erzeugung von VUV-Strahlung in
Quecksilber wurde eine kompakte, einfach zu handhabende Apparatur zur Erzeugung von Quecksilberdampf aufgebaut, die über mehrere Wochen wartungsfrei eingesetzt werden kann. Der spezielle Aufbau
[1] beruht auf dem Heatpipe-Prinzip, ist aber gegenüber dem Aufbau herkömmlicher Heatpipes vereinfacht. Aufbau und Funktionsweise werden hier diskutiert. Des Weiteren werden erste experimentelle
Ergebnisse zur Frequenzkonversion in den ultravioletten und vakuumultravioletten Spektralbereich durch resonante Summen- und Differenzfrequenzmischung vorgestellt.
[1] A.V. Smith, W.J. Alford, Phys. Rev. A 33, 3172 (1986)
Picosekunden
Superkontinuumerzeugung
in einer
mikrostrukturierten Faser für Anwendungen in der optischen
Kohärenztomographie — •Michael Seefeldt, Axel Heuer
und Ralf Menzel — Institut für Physik, Lehrstuhl Photonik der
Universität Potsdam, Am neuen Palais10, 14469 Potsdam
Für verschiedene Anwendungen in der Weißlichtinterferometrie,
wie die dreidimensionale Oberflächenformerfassung und die optische
Kohärenztomografie (OCT) werden robuste leistungsstarke breitbandige
Strahlungsquellen mit einer guten Strahlqualität benötigt.
Die von uns untersuchte Strahlungsquelle besteht aus einem modengekoppelten Nd:YVO4-Laser und einer mikrostrukturierten Faser. Der Laser liefert bei Pulsdauern von ca. 10 ps eine maximale mittlere Leistung
von 5 W. Unter Verwendung einer Faser mit einem Gruppendispersionnulldurchgang bei 1065 nm konnte eine Superkontinuum, das von 700 bis
1600 nm reicht, erzeugt werden.
Theoretische Modellierungen der spektralen Entwicklung des Weißlichtes unter Berücksichtigung der parametrischen Phasenanpassungsbedingungen erlauben eine qualitative Beschreibung des Verbreiterungsprozess
während der Pulspropagation durch die Faser. Abschließend werden OCT
Ergebnisse, die in Zusammenarbeit mit dem Institut für Medizinische
Physik der Universität Wien entstanden sind, präsentiert.
Gefördert vom BMBF und VDI
Untersuchungen zur parametrischen Verstärkung bei 149 nm
nach Zweiphotonenanregung von Xenon mit Excimerlaserpulsen — •Carsten Reinhardt1 , Axel Rühl1 , Boris N. Chichkov2
und Bernd Wellegehausen1 — 1 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, D-30167 Hannover — 2 Laser Zentrum
Hannover e.V., Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Bei der nahresonanten Zweiphotonenanregung von Xenon mit
Kurzpuls-KrF-Laserstrahlung bei 248 nm wird selbststartende parametrische Emission von Signal- und Idlerstrahlung bei 149 nm und 760 nm
beobachtet [1], die auf eine starke parametrische Verstärkung hinweist.
Die Untersuchung der Druck- und Längenabhängigkeit der Emission bei
149 nm ergibt ein exponentielles Verhalten, in guter Übereinstimmung
zur Theorie. Vergleiche der Signalintensitäten bei kleiner und grosser
Wechselwirkungslänge zeigen makroskopische Verstärkungen bis zu
320. Es werden Möglichkeiten für parametrische Verstärkung von
XUV-Strahlung aufgezeigt und der Einfluss auf die Erzeugung hoher
Harmonischer diskutiert [2].
SBS-Faserverstärker — •Axel Heuer, Christof Hänisch und
Ralf Menzel — Institut für Physik, Lehrstuhl Photonik, Universität
Potsdam Am Neuen Palais 10 14469 Potsdam
111
Es wird ein neuartiges Konzept zur Verstärkung von ns-Pulsen in einem
multimode Faserverstärker präsentiert. Dabei wird der Effekt der Phasenkonjugation durch die stimulierte Brillouin Streuung (SBS) verwendet
um die Strahlqualität des zu verstärkenden Pulses beizubehalten. Somit
wird der Nachteil von multimode Fasern die schlechte Strahlqualität kompensiert und es bleibt der Vorteil der höheren Zerstörschwelle und damit
der größeren extrahierbaren Energie. Neben einer umfassenden theoretischen Modellierung des Verstärkungsprozesses unter Berücksichtigung
der SBS werden erste experimentelle Ergebnisse präsentiert. Die in den
Experimenten verwendeten Faserverstärker waren mit Ytterbium dotiert
und hatten einen aktiven Kerndurchmesser von 50 µ m. Mit einer Pumpleistung von ca. 20 W bei 940 nm konnte für Pulsdauern von 30 ns ein
Verstärkungsfaktor von 8 realisiert werden.
Adaptive Pulsformung von Femtosekundenlasern zur Erzeugung von Spektren im mittleren Infrarot — •Frank Dimler,
Gerhard Krampert, Thomas Pfeifer, Dominik Walter,
Carsten Winterfeldt, Christian Spielmann und Gustav Gerber — Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland,
97074 Würzburg, Germany
Die Formung von Femtosekundenlaserpulsen hat schon auf einigen Gebieten, unter anderem bei der Kontrolle chemischer Reaktionen [1], ausgezeichnete Ergebnisse geliefert. Die Erzeugung von Spektren im mittleren Infrarot (MIR) mit solchen Pulsen in nichtlinearen optischen Medien
durch den Prozess der Differenzfrequenz-Erzeugung (DFG) wurde ebenfalls erfolgreich demonstriert [2]. Es bietet sich an, beide Verfahren zu
kombinieren, um den experimentellen Erfordernissen angepasste MIRPulse zu erzeugen.
Als nichtlineares optisches Medium verwenden wir GaSe, das aufgrund
seiner hohen Transmission im mittleren Infraroten (0.65-18 µm) und hohen nichtlinearen Suszeptibilität sehr gut für die DFG geeignet ist. Wir
präsentieren erste Ergebnisse unserer Simulationen, in denen wir durch
adaptive Formung der erzeugenden Ti:Saphir Femtosekundenlaserpulse
die MIR-Spektren formen. Es scheint möglich, durch Kontrolle der spektralen Phase sowohl Bereiche des MIR-Spektrums zu unterdrücken als
auch gezielt zu maximieren.
[1] A. Assion et al., Science 282, 919 (1998)
[2] R. A. Kaindl et al., Opt. Lett. 23, 861 (1998)
Dauerstrich optisch parametrische Oszillatoren als Lichtquellen
für die Infrarotspektroskopie — •Frank Müller1 , Alexander
Popp1 , Stephan Schiller2 und Frank Kühnemann1 — 1 Institut
für Angewandte Physik, Universität Bonn, Wegelerstr.8, 53115 Bonn —
2
Institut für Experimentalphysik, Universität Düsseldorf, Universitätsstr.
1, 40225 Düsseldorf
Für die Infrarotspektroskopie werden Strahlungsquellen benötigt,
die hinsichtlich Ausgangsleistung, Abstimmbarkeit und Frequenzstabilität den Anforderungen unterschiedlicher spektroskopischer Verfahren
genügen müssen. Wir präsentieren verschiedene Konzepte von Dauerstrich optisch parametrischen Oszillatoren auf der Basis von periodisch
gepoltem LiNbO3. Gepumpt bei 1064 nm wird ein Emissionsbereich von
1450-1910 und 2400-4000 nm erreicht. Das Poster stellt die Eigenschaften der OPO-Varianten vor, diskutiert ihre jeweiligen Vor- und Nachteile
im Bezug zu anderen Laserquellen und demonstriert die Eignung für die
Infrarotspektroskopie.
The combined effect of femtosecond laser pulse shaping and
self-phase modulation — •Fedor Mayorov, Andreas Assion,
Matthias Wollenhaupt, Andreas Präkelt, Marc Winter,
and Thomas Baumert — University of Kassel, Institute of Physics
and Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology
(CINSaT), Heinrhich-Plett Str. 40, D-34132 Kassel, Germany
Self-phase modulation is used in different nonlinear optical experiments, such as nonlinear femtosecond laser pulse compression techniques
and transient absorption spectroscopy. We used a spatial light modulator to create a spectral hole in the spectrum of femtosecond laser pulse.
Spectral redistribution effects, due to self-phase modulation were studied
close and below the threshold energies. Z-scans were performed in order
to demonstrate the surface sensitivity of this technique. This may have
applications in the field of material processing and microscopy.
Master Equation of the Nondegenerate Parametric Oscillator
— •Alem Mebrahtu1 and Fesseha Kasahun2 — 1 Institut für Theoretische Physik, Universität Hannover, Appelstr. 2, 30167 Hannover —
2
Department of Physics, Addis Ababa University, P.O.Box 33761, Addis
Ababa, Ethiopia
Employing the pertinent quantum Hamiltonian describing the interaction of a two-mode light (signal-idler modes) generated by a nondegenerate parametric oscillator (NDPO) with two uncorrelated squeezed
vacuum reservoirs (USVR), we derive the master equation. The corresponding Fokker-Planck equation for the Q-function is then solved employing the method of evaluating the propagator formalism developed
in Ref. [1]. Making use of this Q-function, we calculate the quadrature
fluctuations. Applying these results we verify that the signal-idler modes
are in a squeezed state and the squeezing occurs in the first quadrature. When the NDPO operates below threshold we show that, for a
large squeeze parameter, a squeezing amounting to a noise suppression
approaching 100% below the vacuum level can be achieved.
[1] K. Fesseha, J. Math. Phys. 33, 2179 (1992).
Ultraschnelles transientes Brechungsindexgitter: Direkte
THG-Erzeugung auf der Femtosekunden-Zeitskala — •Reiner
P. Schmid1,2, Martin Fahr1 und Jürgen Reif1,2 — 1 Institut
für Physik und Chemie — 2 JointLab IHP/BTU, BTU Cottbus,
Universitätsplatz 3-4, 03044 Cottbus, Germany
Basierend auf dem nichtlinearen optischen Kerr-Effekt wird die Entstehung eines ultraschnellen transienten Brechungsindexgitters in BaF2
demonstriert, welches in der Lage ist mehrere Wellenlängen gleichzeitig
auf der Femtosekunden Zeitskala mit einer Gesamteffizienz von >23% zu
beugen. Dieser optische Schalter zeichnet sich insgesamt durch instantanen Charakter gekoppelt mit einem sehr großen Schaltkontrast und einer
hohen Beugungseffizienz aus.
Durch den instantanen Charakter des transienten Gitters besteht weiterhin die Möglichkeit aus einem zeitlich längeren Puls einen kurzen
Femtosekunden-Puls herauszuschneiden.
Das transiente Gitter erlaubt außerdem die Beobachtung der effizienten Erzeugung der dritten Harmonischen (THG = Third Harmonic Generation). Präsentiert werden neue Ergebnisse, die die Abhängigkeit der
THG-Effizienz von verschiedenen Parametern (Pulslänge, Wellenlänge,
Polarisationsrichtungen, etc.) beleuchten.
Combining near field microscopy and coherent infrared spectroscopy — •Markus Brehm and Fritz Keilmann — Max-PlanckInstitut für Biochemie, 82152 Martinsried
Imaging the optical properties of samples with a resolution much better
than the wavelength is now possible using a scanning nearfield infrared
microscope (SNIM)[1]. By using the locally confined near field at an AFM
tip one can overcome the Abbe-limit and obtain a spatial resolution of
some 10nm even at wavelengths of 10µm.
Coherent infrared sources are needed to provide sufficient illumination
intensity at the tip. Up to now we use gas lasers (CO2 and CO) for this
purpose.
One of the major advantages of using infrared light is the chance to exploit fingerprint vibrational absorption. To go beyond the limited spectral
range of gas lasers, we plan to use a broadband, coherent source based
on difference frequency generation from Ti:Sapphire femtosecond lasers
[2]. This would allow material identification on the nanometer scale.
References:
1. T. Taubner, R. Hillenbrand, and F. Keilmann, ”Performance of
visible and mid-infrared scattering-type near-field optical microscopes”,
Journal of Microscopy 210, 311-314 (2003).
2. F. Keilmann, C. Gohle, and R. Holzwarth, ”Time-domain midinfrared frequency-comb spectrometer”, submitted
Schwellenverhalten des kollektiven atomaren Rückstoßlasers —
•Christoph von Cube, Sebastian Slama, Dietmar Kruse, Benjamin Deh, Claus Zimmermann und Philippe W. Courteille —
Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle
14, D-72076 Tübingen
Der kollektive atomare Rückstoßlaser (CARL) beruht auf kooperativer
Bragg-Streuung von Laserlicht an einem atomaren Dichtegitter, welches
das Laserlicht in dem atomaren Gas selbst induziert [1]. Der Mechanismus ähnelt demjenigen, der dem Freie-Elektronen Laser (FEL) zugrun112
de liegt. Wir berichten über die erste experimentelle Realisierung eines
CARLs in einem ultrakalten atomaren Gas, das in einem HochfinesseRingresonator gespeichert ist [1,2]. Während CARL ursprünglich als
transientes Phänomen beschrieben wurde, zeigen wir wie man durch
Ausübung einer Reibungskraft mittels einer optischen Melasse stationäres Laserverhalten erzwingen kann. Der CARL Prozess synchronisiert
die atomare Bewegung, wenn die Pumplaserleistung einen bestimmten
kritischen Wert überschreitet [3]. Die Laserschwelle ist damit intrinsisch
mit einem Phasenübergang verbunden, dessen Ordnungsparameter das
atomare ”bunching” ist.
Rev. Lett. 91, 183601 (2003)
[3] G. Robb, N. Piovella, A. Ferraro, R. Bonifacio, Ph.W. Courteille,
C. Zimmermann, quant-ph/0311012
Q 32 Poster Laserspektroskopie und Laser in der Umweltmesstechnik
Observation of Large Atomic-Recoil Induced Asymmetries in
Cold Atom Spectroscopy — •Guido Wilpers, Christopher W.
Oates, and Leo Hollberg — National Institute of Standards and
Technology, 325 Broadway, Boulder, Co. 80305, USA
The atomic recoil effect leads to large (25 %) asymmetries in simple
spectroscopic investigations of Ca atoms that have been laser-cooled to
10 µK. Starting with spectra from the more familiar Doppler-broadened
domain, we show how the fundamental asymmetry between absorption
and stimulated emission of light manifests itself when shorter spectroscopic pulses lead to the Fourier transform regime. These effects occur
on frequency scales much larger than the size of the recoil shift itself,
and have not been observed before in saturation spectroscopy. These results are relevant to state-of-the-art optical atomic clocks based on freely
expanding neutral atoms.
auf wenige Hertz korrigiert werden. Untersuchungen zum Erreichen des
Quantenprojektionsrauschlimits mit einer zustandsselektiven Nachweismethode, das in unserem Fall einer theoretischen Frequenzinstabilität
von σy (1s) < 10−16 entspricht, werden vorgestellt.
Optical Frequency Standard with Cold Sr Atoms — Paul-Eric
Pottie, Tomas Binnewies, Hardo Stoehr, Uwe Sterr, Juergen Helmcke, and Fritz Riehle — Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
A new optical frequency standard with cold Sr atoms is under construction at PTB. The ultra-narrow line on the forbidden 1 S0 → 3 P0
transition of 87 Sr (3 P0 natural lifetime is approx. 100 s), and the ability
to interrogate Sr atoms in a perturbation-free dipole trap promise an
unprecedented small inaccuracy and a relative frequency instability, well
below 10−15 τ −1/2 . The spectral noise density of the interrogation laser
frequency fluctuations and its spectral aliasing by the Dick effect are
key parameters for the frequency instability of the future frequency standard. To reach the frequency instability that would be possible with long
interaction times in a dipole trap, the low frequency fluctuations of the
interrogation laser frequency have to be reduced, using a pre-stabilization
scheme. For this pre-stabilization it is essential to get as many cold atoms
as possible in a time as short as possible. Our experimental set-up is optimized for that purpose. Sr atoms are first slowed in a Zeeman slower,
then deflected with the help of a 2-D molasses, and trapped in a MOT.
We will present the parameters of our MOT and its implication on an
optical frequency standard.We will show the realization of an efficient
atomic source of cold Sr atoms and the construction of an ultra-stable
laser for the interrogation of the atoms.
Investigation of long-range interactions of calcium atoms — •O.
Allard, St. Falke, H. Knöckel, and E. Tiemann — Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover,
Germany
Recent results on the photoassociation of two calcium atoms at the
1
P1 +1S0 asymptote[1] and the development of an optical frequency standard on the 1 S0 →3 P1 (mj = 0) intercombination transition[2] show the
necessity for a quantitative description of the cold collision properties.
We published recently results on the 1 S0 +1S0 asymptote obtained by
Doppler-limited molecular spectroscopy allowing us to set confidence intervals for the C6 , C8 , and C10 coefficients of the dispersion interaction[3].
Moreover, it allowed us to determine the sign of the scattering length.
We develop a molecular beam experiment to perform Doppler-free
spectroscopy in order to reach better accuracy for the description of
the long-range part of the inter-atomic interaction, e.g., at the 1 S0 +1 S0
ground state asymptote. We will present goals and status of our experiment.
[1] C. Degenhardt et.al.: Phys. Rev. A 67, 043408 (2003)
[2] G. Wilpers et.al.: Phys. Rev. Lett. 89, 230801 (2002)
[3] O. Allard et.al.: Eur. Phys. J. D 26, 155 (2003), O. Allard et.al.: Phys.
Rev. A 66, 042503 (2002)
Laser frequency offset locking using a side of filter technique —
•Gunnar Ritt1 , Giovanni Cennini1 , Carsten Geckeler1 , Martin Weitz1 , and Sebastian Fray2 — 1Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen — 2 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Straße 1, 85748
Garching
Applications of lasers in the areas of spectroscopy, laser cooling and
trapping usually require for a precise control and stabilization of frequencies. We have developed a novel scheme for frequency offset locking that
is based on generating the error signal from the amplitude response of a
sharp electronic rf bandpass filter. Following standard techniques, a beat
signal is generated between the laser to be frequency stabilized and a
second laser with known frequency. A frequency dependent error signal
is generated from this beat signal by using the amplitude response of an
electronic bandpass filter. The steep slope of the error signal near the
zero-crossing allows for precise frequency locking by a servo loop, while
simultaneously a very broad capture range of several hundreds of MHz
is obtained. We have demonstrated the scheme by locking the frequency
of two diode lasers to a difference frequency of 6.8 GHz. Moreover, we
have generated frequency jumps up to 200 MHz within ms time intervals
by electronically varying the frequency of a microwave local oscillator
used in the setup. The locking scheme is succesfully being operated in
an experiment creating Bose-Einstein condensation in a CO2-laser dipole
trap.
Eine optische Calcium-Atomuhr mit hoher Stabilität —
Tatiana Nazarova1 , Carsten Degenhardt1 , Christian
Lisdat2 , Hardo Stoehr1 , Harald Schnatz1 , Burghard Lipphardt1 , Jürgen Helmcke1 , Uwe Sterr1 und Fritz Riehle1
— 1 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116
Braunschweig — 2Institut für Quantenoptik, Universität Hannover,
Welfengarten 1, 30167 Hannover
Optische Frequenznormale mit Neutralatomen lassen geringe Unsicherheiten und eine hohe Stabilität erwarten. Am optischen Frequenznormal
der PTB auf der Basis des Calcium-Interkombinationsübergangs 1 S0 −3 P1
wird ein neuartiges Quenchkühlverfahren angewendet, um ca. 107 Calciumatome auf Temperaturen von ca. 10 µK abzukühlen, die dann mit
einem hochstabilen Diodenlaser abgefragt werden.
Für die Frequenzverschiebung durch Stöße wurde eine verringerte obere Grenze bestimmt; damit trägt die Stoßverschiebung bei den üblichen
Dichten von 1010 cm−3 mit weniger als einem Hertz (∆ν/ν < 10−15 )
zur Unsicherheit bei. Weitere Unsicherheiten durch die Restbewegung
der Atome in Verbindung mit einer nicht perfekten Justage der anregenden Laserstrahlen und Phasenverschiebungen im Strahlengang können
durch den Vergleich verschiedener Atominterferometer und mit optischer
Interferometrie identifiziert und bei der optischen Frequenzmessung bis
113
Begrenzung der Absorptionsempfindlichkeit im Resonator eines
Faser-Lasers — •Sergej Wexler, Evgeny Ovchinnikov, Jörg
Hünkemeier, Peter E. Toschek, Klaus Sengstock und Valeri Baev — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg
Diodengepumpte Vielmoden-Faserlaser sind sehr wichtig für die Herstellung von kompakten und empfindlichen Intracavity-Spektrometern
[1]. Die Empfindlichkeit gegen schmalbandige Absorption im Resonator
eines Faserlasers entspricht einer effektiven Absorptionsweglänge von bis
zu 100 km. Dabei ist eine der wichtigsten Empfindlichkeitsbegrenzungen die räumliche Inhomogenität der Verstärkung wegen der Sättigung
der Inversion durch die stehenden Lichtwellen im Laserresonator. Die
Empfindlichkeit steigt mit der Anzahl der oszillierenden Moden, und sie
sinkt mit den Resonatorverlusten, mit der Pumprate und der Länge des
aktiven Mediums. Bei kleineren Pumpraten und höheren Resonatorverlusten wird die Empfindlichkeit, insbesondere bei stärkeren Absorptionslinien, zusätzlich durch Spontanemission begrenzt. Wir diskutieren Verbesserungsmöglichkeiten und Anwendungen von Intracavity-FaserlaserSpektrometern.
[1] V.M.Baev, T.Latz, P.E.Toschek, Applied Physics B 69, 171-202
(1999).
und NO, der im mittleren Infraroten Spektralbereich spektroskopisch
möglich ist, eine hohe Ortsauflösung von großer Bedeutung. Eine Ortsauflösung kann durch den Einsatz eines MIR-LIDAR Systems erreicht
werden. Als Grundlage für ein solches System wird ein gepulster Laser
auf Basis der Differenzfrequenzerzeugung in periodisch gepoltem Lithiumniobat vorgestellt. Die Pulslänge im Subnanosekundenbereich sichert
eine Ortsauflösung von wenigen Zentimetern. Als Signalquelle wird ein
faserverstärkter, passiv gütegeschalteter Microchiplaser eingesetzt. Eine
Verstärkung um den Faktor 20 wird in einer Yb-dotierten double clad
Faser (Nufern PLMA-YDF-30/250, 2,5m lang), die mit einem 30W Diodenlaser bei λ=976nm gepumpt wird, erreicht. Die Pumpquelle, eine
single-mode Laserdiode (λ=808nm), wird mit einem Trapezverstärker
(eagleyard Photonics) ebenfalls um den Faktor 20 verstärkt. Da beide Eingangsleistungen linear in die Differenzfrequenzleistung eingehen,
wird somit eine Verstärkung der Strahlung im MIR um den Faktor 400
erreicht, was einer Pulsspitzenleistung von P=120mW bei einer Wiederholrate von 3,5kHz entspricht.
Verbesserung der Sensitivität eines NO-Sensors mittels Modulationstechniken — •Cornelia Lengler und Thomas Walther
— Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Physik,
AG Laser und Quantenoptik, Schlossgartenstr. 7, D-64289 Darmstadt
Abgaskontrolle von Verbrennungsprozessen ist wegen ihrer Umweltrelevanz von grosser Bedeutung. Empfindlichkeit und Genauigkeit der
Messungen sind dabei entscheidend bei der Kontrolle von Abgasnormen bzw. Regelungssystemen. Vorgestellt wird unser diodenlaserbasierter UV-Absorptionssensor für NO. Insbesondere soll auf die Möglichkeiten der Modulationsspektroskopie zur Sensitivitätssteigerung eingegangen werden. Wir diskutieren einen Ansatz zur Lock-In-Detektion mittels
DSP.
Einsatz
eines
transportablen
Differenzfrequenz-CavityLeak-Out-Spektrometers bei 3µm zur höchstempfindlichen
Spurengasanalyse — •Daniel Halmer, Golo von Basum, Peter
Hering und Manfred Mürtz — Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf,
www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas
In der Umwelt- und Medizinanalytik bietet der höchstempfindliche
Nachweis von Spurengasen interessante Anwendungen. Ein Beispiel ist
der sub-ppb Nachweis von Ethan im menschlichem Atem, welches ein
Marker für oxidativen Stress im Körper ist. Einige der für Medizin und
Umwelt relevanten Moleküle (z.B. Ethan, Methan, Formaldehyd, Aceton, ...) haben charakteristische Absorptionsbanden im atmosphärischen
Fenster bei 3 µm Wellenlänge. Für viele Anwendungen ist es notwendig
auch außerhalb des Labors messen zu können.
Basierend auf einem zwischen 2650 und 3100 cm−1 kontinuierlich abstimmbaren Differenzfrequenz-Lasersystem (nachverstärkter Diodenlaser
mit λ = 800 − 830 nm und Nd:YAG-Laser mit λ = 1064 nm) mit einer
Ausgangsleistung von 280 µW wurde ein transportables Spektrometer
aufgebaut. Die für den Nachweis verwendete Cavity Leak-Out Spektroskopie ist sehr gut geeignet zur zeitaufgelösten Bestimmung auch von
geringsten Absorptionskoeffizienten[1].
Es wird gezeigt, dass der kleinste messbare Absorptionskoeffizient bei
9 · 10−10 cm−1 Hz−1/2 liegt, was für Ethan einer Nachweisgrenze von 300
ppt in einer Sekunde Mittelungszeit entspricht. Auch der Einsatz außerhalb des Labors wurde demonstriert.
[1] G. von Basum et al., J. Appl. Physiol. 95, 2583ff (2003)
Injection seeded Nd:YAG Laser Oszillator als Basis eines
LIDAR-System für die Fernerkundung in der Erdatmosphäre
— •Martin Ostermeyer1 , Volker Wulfmeyer2 , Sebastian
Bange1 , Philip Kappe1 und Ralf Menzel1 — 1 Institut für Physik,
Lehrstuhl Photonik der Universität Potsdam, Am neuen Palais 10,
14469 Potsdam — 2 Institut für Physik und Meteorologie, Universität
Hohenheim, Garbenstr. 30, Stuttgart-Hohenheim
Für Messungen der Wasserdampfverteilung in der Erdatmosphäre
können LIDAR-Systeme eingesetzt werden. Die hierfür eingesetzten Laserlichtquellen müssen schmalbandig und hochgradig frequenzstabil sein.
Um dieses zu erreichen wurde ein frequenzstabilisierter Nd:YAGLaseroszillator als Basis für ein Lasersystem mit hoher Pulsenergie entwickelt. Ein monolithischer Ringlaser (NPRO) wurde durch den hinteren
Resonatorspiegel mit 99 % Reflektivität in den twisted-Mode-Resonator
des Master-Oszillators eingekoppelt. Eine Pound-Drever-Hall-Technik
(PDH) wird zur Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators eingesetzt. Im gepulsten Betrieb tritt anders als im cw-Fall eine periodisch
fluktuierende Resonatorgüte auf. Durch die Güteschaltung und den
Pumpprozess des Lasermaterials kommt es zu Phasensprüngen. Die
Frequenzstabilisierung ist für diese besonderen Verhältnisse ausgelegt
worden um die prinzipiellen Vorzüge des PDH-Verfahrens gegenüber
anderen Injection-Seeding-Verfahren nutzbar zu machen.
Im Ergebnis der Untersuchungen ergibt sich ein einmodiger Betrieb
des Nd:YAG Oszillators bei einer Pulsenergie von 10 mJ bei 250 Hz Wiederholrate mit einer Fequenzstabilität besser als einige MHz.
Gepulste Laserstrahlquelle für ein MIR-LIDAR — •Peter Geiser, Christian Bohling, Claus Romano, Ulrike Willer und
Wolfgang Schade — Institut für Physik und Physikalische Technologien, Technische Universität Clausthal
Für industrielle und umweltmeßtechnische Anwendungen ist neben
dem selektiven und sensitiven Nachweis von Gasen wie z.B. CH4 , CO
Q 33 Poster Präzisionsmessungen und optische Messtechnik
Assuming more realistic conditions we present an analysis focusing on
two main issues: (i) we use a classical and a quantum analytical approach
to show that a dielectric background of cold atoms has a two-fold systematic effect: it changes the amount of momentum transferred to the
signal-atoms, and it also changes the phase of the optical field. A numerical simulation of the quantum system based on parameters typical
for the ”photon-recoil experiment clearly shows that the resulting effect
is less than 14 of this experiments overall uncertainty. It however may
play a significant role for future atom interferometers. Further, (ii) the
quantum analytical approach proves that under realistic conditions the
photon-to-atom momentum transfer is given by the phase gradient of the
Photon-to-atom momentum transfer in precision atom interferometry — •Andreas Wicht1, Edina Sarajlic2 , and Steven
Chu2 — 1Institut für Experimentalphysik, Heinrich-Heine-Universität
— 2 Stanford University, Department of Physics, Stanford, CA 94305
Precision atom interferometer experiments rely on the precise knowledge of the amount of momentum which is transferred to an atom in a
light-atom interaction. In a simple model the light field as well as the external quantum state ”position of the atom are described by plane waves
so that the momentum transfer is given by the wave vector of the optical
field.
114
optical field. We apply this result to the discussion of systematic effects
arsing from the wave front curvature and Gouy phase shift of fundamental Gaussian beams.
Neue Frequenzmessungen höchststabiler optischer Oszillatoren
— •Harald Schnatz, Carsten Degenhardt, Burghard Lipphardt, Ekkehard Peik, Uwe Sterr und Christian Tamm —
Physikalisch Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
Moderne optische Frequenznormale basierend auf kalten Atomen, Ionen oder Molekülen zeigen hervorragende Frequenzstabilität und extrem
kleine Unsicherheiten. Eine neue Schlüsseltechnologie für die Messung
optischer Frequenzen sind Frequenzkammgeneratoren, die es erlauben,
eine optische Frequenz von einigen 100 THz ohne Genauigkeitsverlust
auf leicht zu messende Radiofrequenzen ( typ. 10- 100 MHz ) abzubilden.
Damit ist eine wesentliche Voraussetzung für die zukünftige Realisierung optischer Uhren geschaffen. Darüber hinaus können fundamentale
Fragestellungen, wie z.B. die zeitliche Konstanz der Naturkonstanten α,
direkt durch den Vergleich der zeitlichen Änderung der Frequenz verschiedener Frequenznormale untersucht werden.
Mit einem neuen Frequenzmessplatz in der PTB können die Frequenzen verschiedener optischer Frequenznormale gleichzeitig mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Es werden die Ergebnisse der Frequenzmessungen für das Ca- Frequenznormal mit ultrakalten Atomen, das Yb+ Einzelionen- Normal, sowie für die iodstabili- sierten Nd:YAG- und HeNeLaser präsentiert und zukünftige Anwendungen diskutiert.
Performance and comparison of optically-pumped cesium magnetometers with fT sensitivity — •Stephan Gröger1 , Anatoly
S. Pazgalev2 , and Antoine Weis1 — 1 Université de Fribourg, Physics
Department, Chemin de Musée 3, 1700 Fribourg, Switzerland — 2 Ioffe
Physical Technical Institute, Russ. Acad. Sc., St. Petersburg, 194021,
Russia
A neutron edm experiment is being set up at the new UCN source
(SUNS) under construction at Paul-Scherrer-Institute (Switzerland). The
control of the 2 µT magnetic field applied to the neutrons is of crucial
importance for the control of systematic effects. For this task optically
pumped cesium magnetometers (OPM) are foreseen for measuring and
stabilizing the magnetic field. In this context we have developed laserpumped magnetometers with 7 cm diameter Cs vapor bulbs as sensors,
operated in the Mx -configuration by phase-locking the frequency of an oscillating magnetic field
√ (7 kHz) to the Cs Larmor frequency. The intrinsic
sensitivity is 14 fT/ Hz.
Compared to a broadband pumping source such as a discharge-lamp
the use of a laser allows a specific choice of the pumped hyperfine transition providing a higher pumping efficiency, which yields a higher sensitivity as a lamp-pumped magnetometer. On the other hand a lamp is less
affected by light-shift effects. A comparison of the performance of stateof-the-art lamp-pumped and laser-pumped OPMs including the study of
different operation modes will be presented.
Long-distance transmission of optical frequencies using a commercial optical fibre network — •Gesine Grosche1 , Michael
Eggert1 , David Humphreys2 , Colin Campbell2 , Jan Petersen3 ,
Jes Henningsen3 , and Bjarne Skipper4 — 1 Physikalische-Technische
Bundesanstalt, Bundesallee 100, D-38116 Braunschweig — 2 National
Physical Laboratory, Teddington, Middlesex, TW11 0LW, UK — 3Danish
Institute of Fundamental Metrology, DK 2800 Lyngby, DK — 4 NSCB,
TDC Solutions, Teglholmsgade 1, DK0900 Copenhagen C, DK
We report experiments transmitting stable optical frequencies, or wavelength references, over 534 km using a commercial optical fibre network
carrying live traffic. Wavelength references for optical telecommunications near 1550 nm were transmitted over a fibre link, which is part of
a 16-channel dense-wavelength-division-multiplexing network with 200
GHz channel spacing. Optical frequency information was transmitted
over 534 km with optical amplification, on a channel positioned between
two data-transmitting channels.
For passive references, such as a fiber Bragg grating, we observed additional noise due to amplified spontaneous emission of the cascaded
network amplifiers. For active references, such as a stabilized fibre laser,
we monitored the wavelength and performed self-heterodyne beat measurements to detect frequency shifts and fluctuations. No frequency shifts
or fluctuations exceeding the instability of the reference source (1 MHz)
were detected.
Theoretische Aspekte und systematische Effekte bei der Auswertung der 1S-2S Absolutfrequenzmessung in Wasserstoff —
•Martin Haas1 , Ulrich D. Jentschura1 , Christoph H. Keitel1 ,
Marc Fischer2 , Nikolai Kolachevsky2 , Marcus Zimmermann2 ,
Ronald Holzwarth2 , Thomas Udem2 und Theodor W. Hänsch2
— 1 Theoretische Quantendynamik, Fakultät für Mathematik und Physik, Universität Freiburg, Hermann-Herder-Str. 3, 79104 Freiburg im
Breisgau — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-KopfermannStraße 1, 85748 Garching
Die Bestimmung der Absolutfrequenz des 1S-2S Übergangs in Wasserstoff mit einer relativen Genauigkeit von 10−14 bis 10−15 [1] erfordert
sowohl vom experimentellen Aufbau wie auch auf theoretischer Seite bei
der Betrachtung systematischer Effekte und der Statistik größte Sorgfalt.
Wir behandeln die wichtigsten systematischen Effekte: dynamische
Stark-Verschiebung, Doppler-Verschiebung zweiter Ordnung, sowie verbreiternde Einflüsse wie Ionisations- und Durchflugsverbreiterung im
Atomstrahl. Vorgestellt werden ebenso die Bestimmung der Linienmitte
aus den zeitaufgelöst aufgenommenen Daten mit Hilfe eines detaillierten
Linienformmodells und damit verbundene Fragen der Statistik.
[1] M. Niering, et al., Phys. Rev. Lett. 84, 5496 (2000), M. Fischer, et
al., eingereicht (2003).
The seismic isolation chain of the Hannover thermal noise experiment — •Luciano Ribichini, Volker Leonhardt, Harald
Lück, and Karsten Danzmann — Max-Planck-Institute for Gravitational Physics (Albert-Einstein-Institute) and University of Hannover,
Callinstr. 38 D 30167 Hannover
The Hannover thermal noise experiment is designed to measure the
off-resonant thermal noise in a macroscopic pendulum system. Due to
the seismic noise, this pendulum has to be suspended as the last stage of
a multiple stage pendulum chain.
During our work it turned out that the seismic noise is much bigger
than expected. Consequently we developed new numerical methods in
order to model the pendulum chain. This task is not a trivial one, since
the algorithms are known to be unstable.
Some results obtained with these computer simulations and new hypotheses about the effect of the seismic noise will be presented.
Zeitvergleiche zwischen Fontänenuhren — •Robert Wynands,
Stefan Weyers und Andreas Bauch — Physikalisch-Technische
Bundesanstalt, 38116 Braunschweig
Die derzeit weltbesten Uhren — so genannte Fontänenuhren —
ermöglichen relative Unsicherheiten und Ungenauigkeiten der Frequenzbestimmung im Bereich von nur 10−15 . An der PTB betreiben wir eine
Fontänenuhr, bei der Cäsiumatome aus einem thermischen Dampf per
Laser gekühlt und eingefangen werden, um dann im freien Fall etwa eine
Sekunde lange Beobachtungszeiten für die Spektroskopie auf dem 9 GHzMikrowellenübergang zu bieten. Um solch eine Uhr zu charakterisieren
und zu testen, bedarf es einer vergleichbar guten Uhr als Referenz. Auch
deshalb bauen wir gerade eine zweite Fontänenuhr auf, die voraussichtlich 2004 erstmals ticken“ wird. Wichtig ist ebenfalls der Zeitvergleich
”
per Satellit zwischen unserer Uhr und ähnlichen in anderen Laboratorien
weltweit, um mögliche Fehlerquellen aufzudecken. Zur Zeit ist noch ungeklärt, ob kleine Unterschiede zwischen den Fontänenuhren der metrologischen Staatsinstitute in den USA, Italien, Frankreich, Großbritannien
und an der PTB auf die Uhren selbst oder auf die Zeitvergleichstechniken
zurückzuführen sind.
Hochpräzise Laserstabilisierung für die wissenschaftliche
Weltraummission LISA — •Sascha Skorupka1 , Michael
Tröbs2 , Gerhard Heinzel1 und Karsten Danzmann1 — 1 MaxPlanck-Institut für Gravitationsphysik, Callinstr. 38, D-30167 Hannover
— 2 Laserzentrum Hannover, Hollerithallee 8, D-30419 Hannover
Die wissenschaftliche Weltraummission LISA (Laser Interferometer
Space Antenna) soll eine Messempfindlichkeit von ∆L/L < 10−23 er115
reichen. Dazu werden unter anderem hochstabile Laser benötigt, deren
Frequenzstabilität bei 1 mHz besser als 30 Hz/sqrt(Hz) (spektraler Dichte) und deren relative Amplitudenstabilität bei 1 mHz besser als 2e4/sqrt(Hz) (spektraler Dichte) sein müssen. Vorgestellt wird der Aufbau einer Pound-Drever-Hall-Stabilisierung auf eine High-Finesse Cavity
(Länge 20 cm, Finesse 10000). Die Cavity wird nahe der Raumtemperatur
betrieben und ist thermisch gegen die Umgebung isoliert. Mit diesem Aufbau erreichen wir z.Zt. eine Frequenzstabilität von 200 Hz/sqrt(Hz) bei
einer Frequenz von 1 mHz (gemessen gegen ein identisches, unabhängiges
System), bei nicht stabilisierter Amplitude des Lasers.
Bei starker Fokussierung wird die Form des Brennflecks von der Polarisation des Eingangsstrahls beeinflusst. So wir bei einem linear polarisierten Eingangsstrahl durch das elektrische Feld eine Richtung ausgezeichnet, wodurch der Brennfleck zu einer Ellipse deformiert - ein Effekt,
der durch Verwendung einer Ringblende verstärkt wird.
Es wurde untersucht, wie die Feldverteilung des Eingangsstrahls beschaffen sein muss, um die Grenzen bei der Minimierung der Fokusflächen zu erreichen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung eines radial polarisierten Feldes die Konzentration von Licht auf kleinstem Raum
ermöglicht [1]. In Kombination mit einer Ringblende kann die Fokusfläche um einen Faktor 2-3 gegenüber dem linear polarisierten Eingangsfeld reduziert werden. Eine weitere bedeutsame Eigenschaft des radial
polarisierten Eingangsstrahls ist das Entstehen einer starken longitudinalen Feldkomponente im Fokus. Wir zeigen, dass diese Feldverteilung
für die optimale Ankopplung von Licht an eine nanoskopische Antenne
am Besten geeignet ist.
[1] Dorn et al., PRL 93, 233901 (2003)
Optimale Feldverteilung zur Ankopplung an nanoskopische
Strukturen — •Susanne
Quabis, Ralf Dorn, Geoffrey
Rurimo, Jochen Müller und Gerd Leuchs — Max-PlanckForschungsgruppe für Optik, Information und Photonik, Uni
Erlangen-Nürnberg, Staudtstr 7/B2, 91058 Erlangen
Q 34 Poster Photonik in komplexen und periodischen Strukturen
Dynamics and entanglement of photon pulses in a photonic
crystal — •Geesche Boedecker and Carsten Henkel — Universität Potsdam, Institut für Physik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam
In a photonic crystal, the dispersion relation of light can be tailored
to a great extent. Close to a band edge, for example, the group velocity is significantly reduced. For a finite crystal slab, multiple reflections
from the end faces transform an incident short pulse to a pulse train.
We discuss the group velocity concept and the entanglement properties
of the transmitted pulses. The pulse shape inside and outside the crystal
is analyzed for a one-dimensional model [1].
[1] Opt. Express 11 (2003) 1590
Farbstoff dotierte Polymer- und Sol-Gel-Filme werden über spincoating auf ein 90◦ Prisma aufgebracht und anschließend über die Grundseite des Prismas mit einem passiv gütegeschalteten, frequenzverdoppelten Cr4+ :Nd3+ :YAG Microchiplaser gepumpt. Der Pumplaser induziert eine transiente Gitterstruktur mit verteilter Rückkopplung (DFB).
Als Folge emittiert die laseraktive DFB Schicht spektral durchstimmbare Pikosekundenpulse mit einer Wiederholrate von bis zu 20 kHz. In
Abhängigkeit vom Molekulargewicht des verwendeten Polymermaterials
(PMMA) wird eine deutliche Erhöhung der Photostabilität der laseraktiven Schicht mit abnehmendem PMMA Molekulargewicht beobachtet.
Demgegenüber zeigen Sol-Gel-Filme die geringste Photostabilität. Der
Zerfall der transienten, photoinduzierten Gitter in diesen Filmen wird
mittels Selbstbeugung mit einem Pikosekunden pump-probe Experiment
untersucht. Es werden Diffusionskonstanten bestimmt und die Ergebnisse
werden in Hinblick auf die Photostabilität der untersuchten laseraktiven
Filme diskutiert.
Diffusionseffekte in photoinduzierten transienten DFBStrukturen — •Andreas Pohlkötter, Andy Steinmann, Alex
Gorbatsevich und Wolfgang Schade — Institut für Physik und
Physikalische Technologien TU Clausthal
Q 35 Poster Wellenleitung und Informationsübertragung
Optimierung der Spleißverluste zwischen Glasfasern unterschiedlichen Typs — •Tino Pagel, Martin Stratmann und
Fedor Mitschke — Fachbereich Physik, Universität Rostock, 18051
Rostock
Ihre außerordentlich geringen Verluste machen Glasfasern zu einem
nahezu idealen Transportmedium für Informationen. Aus technischen
Gründen geht man immer mehr zu Faserstrecken mit dipersion manage”
ment“ über, bei denen abwechselnd Fasern mit verschiedener Dispersion
aneinandergefügt werden. Fasern verschiedenen Typs haben aber auch
verschiedene Modengeometrien; dadurch tritt bei jeder Verbindung notwendig eine Fehlanpassung auf. Die dadurch bedingten Zusatzverluste
sind gravierend. Es ist aber auch möglich, durch bestimmte Prozeduren diese Zusatzverluste deutlich zu reduzieren. Informationen dazu sind
kaum zu beschaffen, da einschlägige Firmen ihre Methoden unter Verschluss halten. Wir berichten von unseren Erfahrungen bei der Optimierung der Spleißverluste zwischen verschiedenen Fasern.
Das Amplitudenrauschen kann mithilfe eines nichtlinearen Faser-SagnacInterferometer (NOLM) reduziert werden [1]. Bei dessen Einsatz sind
sowohl der Arbeitspunkt als auch die Form der Transmissionskennlinie von entscheidender Bedeutung für die Qualität der Amplitudenrauschreduktion. Ein weiterer wichtiger Aspekt für die nachfolgende Signalübertragung in einer Glasfaser ist der Pulschirp und die Pulsform
nach dem NOLM. Wir simulieren die NOLM-Transmissionskennlinie und
die Entwicklung der transmittierten Pulse auf einer anschließenden Glasfaserstrecke mithilfe des symmetrischen Split-Step Verfahrens. Für die
systematische Untersuchung des Einflusses von linearen und quadratischen Chirp auf NOLM-Kennlinie und Pulsform werden gechirpte Pulse
mit unterschiedlichen Pulsformen für Pulslängen zwischen 10ps und 1,0ps
bei variablem Teilungsverhältnis des NOLMs untersucht. [1] M. Meissner,
M. Roesch, G. Leuchs, PTL 15,1297 (2002)
Einfluß des NOLMs auf das Modulationsformat DPSK —
•Kristian Cvecek1 , Markus Meißner1 , Klaus Sponsel1 , Arne
Striegler2 , Bernhard Schmauss2 und Gerd Leuchs1 — 1 Institut
für Optik, Information und Photonik, Universität Erlangen-Nürnberg
— 2 Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik, Universität Erlangen-Nürnberg
Bei der optischen Datenübertragung über Glasfasern wird bei zunehmend höheren Datenraten eine immer kleinere maximale Bitfehlerrate
verlangt. Es gibt mehrere Möglichkeiten die Datenübertragung zu verbessern und damit die Bitfehlerrate zu reduzieren. Einige Ansätze benutzen
das Signalformat Return-to-Zero-On-Off-Keying“ (RZ-OOK) und op”
tische Regeneratoren in der Übertragungsstrecke, wie z. B. nichtlineare
Faser-Sagnac-Interferometer (NOLM). Deren Wirkung beruht auf einer
Untersuchung der Transmissionscharakteristik eines FaserSagnac Interferometers in Abhängigkeit vom Chirp — •Klaus
Sponsel1 , Markus Meissner1 , Kristian Cvecek1 , Arne Striegler2 , Bernhard Schmauß2 und Gerd Leuchs1 — 1 Institut für
Optik, Information und Photonik, Max-Planck-Forschungsgruppe,
Universität Erlangen-Nürnberg — 2 Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik,
Die Systemleistung von optischen Telekommunikationssystemen wird
durch Rauschprozesse bei der optischen Signalverstärkung begrenzt.
116
entsteht, die zum Ausgleich der Glasfaserdämpfung verwendet werden.
Dieses Rauschen führt zu einer verringerten Übertragungsdistanz. Durch
Einfügen von Regeneratoren, die durch eine optische Begrenzerfunktion
das Amplitudenrauschen reduzieren, läßt sich das dem Signal hinzugefügte Rauschen verringern. So ein Regenerator kann durch eine nichtlineare Faser und spektrales Bandpass-Filtern realisiert werden, und
wurde von uns bezüglich der Rauschreduktion und der optimalen Filterbandbreite charakterisiert. Die Messungen wurden mit einem ErbiumGlas-Laser gemacht, dem mit einem Erbium-dotierten Faserverstärker
(EDFA) Rauschen hinzugefügt wurde. Der Regenerator wurde aus 250m
FS-PM7811 Faser und einem variablen Bandpass-Filter, bestehend aus
einem Gitter und zwei Rasierklingen, realisiert. Die Rauschreduktion und
optimale Filterbandbreite wurde als Funktion des EDFA Ausgangs SNR
gemessen. Das Signalrauschen konnte um 6,5dB unter das VerstärkerRauschniveau reduziert werden, die Filterbandbreite ist unabhängig vom
EDFA Ausgangs- SNR. Vorteile dieses Regenerators sind der einfache
Aufbau und die geringe zur Rauschreduktion benötigte Leistung.
Reduktion des Amplitudenrauschens aufgrund einer nichtlinearen Übertragungskennlinie. Eine andere Möglichkeit besteht in der Wahl eines anderen Modulationsformates, wie z. B. Differential Phase Shift Keying“
”
(DPSK). Dieses Modulationsformat verbessert den Signalabstand der 1bits zu den 0-bits um den Faktor 2 im Vergleich zu herkömmlichen Modulationsformaten. Es wurde untersucht, welche Vorteile die Verbindung
eines NOLMs mit dem DPSK-Modulationsformat bringt.
Charakterisierung eines auf spektralem Filtern basierten optischen Signalregenerators — •Markus Meissner1 , Kristian Cvecek1 , Klaus Sponsel1 , Arne Striegler2 , Bernhard Schmauss2
und Gerd Leuchs1 — 1 Institut für Optik, Information und Photonik,
Universität Erlangen-Nürnberg — 2 Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik,
Eines der Hauptprobleme in Glasfaser-optischen Übertragungssystemen
ist das Rauschen der Signalamplitude, welches in optischen Verstärkern
Q 36 Poster Quanteneffekte
Polarization Entanglement with a Fiber-Sagnac Interferometer — •Joel Heersink, Aska Dolinska, Oliver Glöckl, Stefan
Lorenz, Ulrik Andersen, and Gerd Leuchs — Zentrum für Moderne Optik, Universität Erlangen-Nürnberg, Staudtstr. 7 B/2, 91058, Erlangen, Germany
The polarization state of light, described by the Stokes parameters,
has in recent years attracted much interest in the field of quantum optics
and communication. This is largely due to the fact that these parameters, in contrast to the quadrature variables, can be measured directly
without local oscillator methods. Thus, this approach holds particular
promise for quantum cryptography. We report here on the results of an
experiment producing polarization entanglement using femtosecond laser
pulses at 1500 nm. The entanglement is generated by interfering a polarization squeezed beam with an auxiliary beam. The polarization squeezed
beam consists of two phase matched, orthogonally polarized, amplitude
squeezed beams which are simultaneously produced using an asymmetric
fiber Sagnac interferometer with a polarization maintaining fiber. This
entanglement is compared and contrasted with previous results from this
experiment using a vacuum input in place of the auxiliary beam [1].
[1] J. Heersink et al., J. Opt. B: Quantum and Semiclassical Opt. 5, 492
(2003)
Investigation of cold collisions by matter wave interferometry
method with K2 — •Ivan Sherstov, Matthias Frank, Christian
Lisdat, Horst Knöckel, and Eberhardt Tiemann — Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover,
Germany
Matter wave interferometry with light-induced beam splitters is a very
powerful tool in high precision spectroscopy. Additionally, it is used to
investigate collisional properties in an atomic or molecular media like
matter wave index of refraction, scattering length etc. [1-2].
The main goal of our project is to investigate the precision of matter
wave interferometry in weak interaction applications like cold collisions or
weak external fields. We apply the matter wave interferometry to examine
”cold” collisions in the supersonic potassium beam between atoms and
molecules [3]. K2 molecules propagate through an atomic medium and
hence gain some additional phase shift due to cold collisions (the relative
velocity between atoms and molecules is about 20 m/s). By changing the
medium’s properties (like exciting K atoms to a higher electronic state
or varying the density of the atoms in the beam) we observe the change
of the phase of the interference patterns.
[1] J. Schmiedmayer, M. S. Chapman, C. R. Ekstrom, T. D. Hammond,
S. T. Wehinger, and D. E. Pritchard, Phys. Rev. Lett. 74, 1043 (1995)
[2] Shannon Blanchard, Dave Civello, and Robert C. Forrey, Phys. Rev.
A 67, 013604 (2003)
[3] Ch. Lisdat, M. Frank, H. Knockel, and E. Tiemann, Appl. Phys. B
73, 99 (2001)
Experimental investigations aiming on the manipulation of the
sodium scattering length — •St. Falke, Chr. Samuelis, H.
Knöckel, and E. Tiemann — Institut für Quantenoptik, Universität
Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
Spectroscopy of dimers has been successfully applied to describe scattering processes of the corresponding atoms by determining the scattering length from molecular potentials[1]. This property can be modified
by magnetic fields in a controlled way[2], especially in the neighborhood
of Feshbach resonances. Moreover, this led to the coherent production of
ultra-cold molecules from quantum degenerate gases[3]. But, this tricky
approach cannot be applied for atoms with vanishing nuclear spin, e.g.,
many alkaline earth isotopes.
Having demonstrated the possible optically induced elimination of levels of an electronic state correlated to the 3s+3p asymptote of Na2 [4],
we now investigate a recipe for the manipulation of scattering lengths by
optical fields[5] in a Na2 beam experiment by systematically measuring
level shifts induced by a laser (off resonant from atomic transitions) on
weakly bound ground state levels.
[1] Chr. Samuelis et.al.: Phys. Rev. A 63, 012710 (2001)
[2] T. Laue et.al.: Phys. Rev. A 65, 023412 (2002), T. Weber et.al.: Science 299, 232 (2003)
[3] J. Herbig et.al.: Science 301, 1510 (2003)
[4] Chr. Samuelis et.al.: Eur. Phys. J. D 26, 307 (2003)
[5] P.O. Fedichev et.al.: Phys. Rev. Lett. 77, 2913 (1996)
Bloch oscillations of Fermi atoms — •Alexey Ponomarev1,2 ,
Andrey R. Kolovsky1,2 , and Andreas Buchleitner1 — 1 MaxPlanck-Institute for the Physics of Complex Systems, D-01187 Dresden
— 2 Kirensky Institute of Physics, 660036 Krasnoyarsk, Russia
The phenomenon of Bloch oscillations (BOs) is usually discussed in the
context of electrons in semiconductor superlattices. Recently, BOs were
observed for cold atoms, loaded into an optical lattice. While most of
the experimental and theoretical work on atomic BOs deals with spinless
atoms, in this present work we address BOs of Fermi atoms. The analysis is performed in terms of the 1D Hubbard model, where the relevant
parameters are the filling factors (average number of atoms per lattice
site) for spin-up and spin-down atoms.
Ausbreitung von atomaren Wellen in imaginären Potentialen
— •Thomas Hörner, Ralf Stützle, Marti n Göbel, Igor Mourachko und Markus K. Oberthaler — Kirchhoff-Institut für Physik, Universität Heidelberg, Im Neuenheimer Feld 227, 69120 Heidelberg
Die Grundvoraussetzung für die Untersuchung von Wellenausbreitung
in absorptiven Strukturen ist ein intensiver Strahl metastabiler Atome, der transversal sehr gut kollimiert ist. Zusätzlich ist eine ortsauflösende Detektion der Atome wünschenswert. Auf unserem Poster
werden wir im Detail den Aufbau unserer Strahlapparatur und Strahldetektion erläutern. Der erreichte atomare Fluß liegt bei 100.000 detek117
tical lattice. For complete transfer we apply a sequence of narrow–band
laser pulses in a Raman configuration. We develop an idealized analytical model and also perform a numerical analysis which accounts for the
actual vibrational structure of the optical lattice.
tierte Atomen/sec mit einer Kollimation besser als 0.5vrecoil . Die örtliche
Auflösung des Atomdetektors beträgt ≈ 50 µm. Wir präsentieren auch
die Ergebnisse zur Demonstration von nicht-zerfließenden Wellenpaketen,
wie sie von Efremov et al. [1] vorhergesagt wurden. Die experimentellen Ergebnisse zeigen sehr gute Übereinstimmung mit den theoretischen
Vorhersagen. Wir konnten durch Einsetzen einer interferometrischen Methode nicht nur den Absolutbetrag der Wellenfunktion messen, sondern
auch Information über die quantenmechanische Phase deduzieren. Im
Speziellen werden wir diese Methode zur Phasenrekonstruktion im Detail diskutieren.
[1] M.A. Efremov et al., Laser Phys., 13, 995 (2003); JETP, 97, 522
(2003).
Laser-based approach to measuring quantum arrival times —
•Dirk Seidel and Gerhard C. Hegerfeldt — Tammannstrasse 1,
37077 Göttingen, Germany
We investigate a new operational approach to measuring the quantum
arrival-time distribution of a spread-out particle in a spatial region. The
model bases on illuminating the region with a laser and detecting the first
fluorescence photon produced by the excitation of the atom and subsequent decay. The resulting temporal distribution is explicitly calculated
for the one-dimensional case. We show that by means of a deconvolution one obtains the well known quantum mechanical probability flux
[1], whereas by a normalization of the corresponding temporal operator
function the axiomatic arrival-time distribution of Kijowski is recovered
[2].
EPR-Paare von Atomen aus der Photodissoziation von Molekülen — •Alexander I. Lvovsky und Björn Brezger — Fachbereich Physik M559, Universität Konstanz
Einstein, Podolsky und Rosen erkannten 1935 die Paradoxa, die ein
EPR-Zustand“ mit idealer Orts- und Impulsverschränkung zwischen
”
zwei Teilchen aufwirft. Wir schlagen ein experimentelles Schema vor, wie
eine gute Annäherung an diesen Zustand erstmals mit massiven Teilchen
realisiert werden kann. Hierzu sollen Alkalidimere zunächst in einem Molekülstrahl transversal kohärent präpariert und dann in einem stimulierten Ramanprozess photodissoziiert werden. Die Transversalbewegung der
daraus hervorgehenden Atompaare ist verschränkt, was durch koinzidente Detektion eindeutig nachgewiesen werden kann. Dieses bisher nicht
experimentell erforschte System bietet einen neuen Zugang zur Physik
verschränkter Systeme und ergänzt aufgrund seiner grundlegend anderen Eigenschaften und der deutlich stärkeren Verschränkung die bisher
mit Photonenpaaren gemachten Experimente.
[1] J.A. Damborenea, I.L. Egusquiza, G.C. Hegerfeldt, J.G. Muga, Phys.
Rev. A 66, 052104 (2002)
[2] G.C. Hegerfeldt, D. Seidel, J.G. Muga, Phys. Rev. A 68, 022111 (2003)
Wigner functions of s-waves. — •Alexander Wolf1, Jens
Peder Dahl2 , Sandor Varro3 , and Wolfgang Peter Schleich1
— 1 Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm,
Germany — 2 Chemical Physics, Department of Chemistry,Technical
University of Denmark, DTU 207, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
— 3 Research Institute for Solid State Physics and Optics, H-1525
Budapest, PO Box 49, Hungary
We derive explicit expressions for the Wigner function of wave functions in D dimensions corresponding to vanishing angular momentum,
that is of a s-wave. The Wigner function of such states depends on three
variables, the absolut value of the D-dimensional position and momentum vectors and the angle between them. We illustrate these expression
by calculationg the Wigner function for a D-dimensional Gaussian, a
shell wave function and the energy eigenfunction of a free partical.
Resonance fluorescence of cold trapped atoms — •Wolfgang
Merkel, Marc Bienert, and Giovanna Morigi — Abteilung für
Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm
We investigate theoretically the spectrum of resonance fluorescence of
a cold trapped atom in the final stage of the laser cooling. We focus
on the features due to the mechanical effects of light in the limit where
the size of the atomic wavepacket is much smaller than the laser wavelength. In particular, we discuss how these spectral features depend on
the internal configuration of the atom. The results obtained within a full
quantum mechanical model are compared with the limit when the motion
is treated semi-classically.
Microresonators in tapered fibers — •Florian Warken, Yann
Louyer, Dieter Meschede, and Arno Rauschenbeutel — Institut für Angewandte Physik, Wegelerstr. 8, 53115 Bonn
We aim to realize high Q microresonators in structured tapered optical
fibers. The resonators have a highly prolate shape. They sustain whispering gallery modes which exhibit, in contrast to the equatorial modes
commonly used in silica microsphere resonators, two spatially well separated caustics with a resonantly enhanced field strength. Different modes
can be selectively excited by coupling light in and out of the resonator
at the respective caustic. This will be accomplished by means of auxiliary tapered optical fiber couplers. Moreover, the free spectral range of
our so-called “pendulum modes” is significantly smaller than for equatorial whispering gallery modes. Therefore, a tuning of the pendulum
modes over one free spectral range can easily be achieved, e. g. by strain
tuning. The advantageous mode geometry of the resonators, in combination with their tunability, opens interesting perspectives for confining
and controlling light. In particular, in the framework of cavity quantum
electrodynamics, a deterministic coupling of laser-trapped atoms to the
pendulum mode is conceivable.
Phase-dependent nonlinear optics with atoms in a diamond configuration of levels — •Sarah Schröder1 , Giovanna Morigi1 ,
and Sonja Franke-Arnold2 — 1 Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, Germany — 2 Department of Physics, University of Strathclyde, Glasgow, United Kingdom
We analyse the propagation of light in a medium of atoms with a diamond configuration of levels. This atomic configuration is characterised
by a closed cycle of radiation-induced transitions, hence its dynamics and
steady-state depend critically on the relative phase between the driving
lasers [1]. In fact the relative phase can give rise to peculiar interference
effects, making the medium either transparent or opaque. We present
an analytical and numerical study of the propagation dynamics of the
light amplitude and phase as a function of the initial laser parameters
for this kind of medium, and compare our results with the dynamics of
light propagation in a medium of double-Λ atoms [2].
[1] G. Morigi, S. Franke-Arnold and G.-L. Oppo,
Phys. Rev. A 66, 053409 (2002)
One- and N-atom lasers — •M. Hennrich, A. Kuhn, and G.
Rempe — Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-KopfermannStr. 1, 85748 Garching, Germany
The one-atom laser is the quantum-mechanical limit of a classical laser.
It is very appealing to examine the transition between these two regimes.
Here we describe a simple death-birth rate-equation model [1] of an atomcavity system with fixed atom number N. The simplicity of this model
allows us to examine the transition from the microscopic one-atom to the
mesoscopic many-atom system.
Once placed in an optical cavity, the atoms can interact via the common mode. The interaction is negligible as long as the photons emitted
into the cavity decay faster than they are reabsorbed by another atom.
[2] E. A. Korsunsky and D. V. Kosachiov,
Phys. Rev. A 60, 4996 (1999)
Transport of Atoms in Optical Lattices — •Wolfgang Merkel1 ,
Holger Mack1 , Matthias Freyberger1 , Victor V. Kozlov1 ,
Bruce W. Shore2 , and Wolfgang P. Schleich1 — 1Abteilung für
Quantenphysik, Universität Ulm, D-89069 Ulm — 2618 Escondido Circle,
Livermore CA 94550
We investigate the laser–induced transport of a single atom from one
potential well to the neighbor potential well in a far off–resonance op118
In this case the atoms can be treated as independent emitters. As for
resonance fluorescence in free space [2], both photon antibunching for
a single atom and bunching for many atoms are observed. If the cavity
decays more slowly, the atom-atom interaction via the cavity mode increases. Provided that the pumping to the excited state is strong enough
to invert the system, a laser threshold is reached. The results of the theoretical model are compared with experimental data [3,4].
[1] Rice et al. Phys. Rev. A 50, 4318 (1994)
[2] Carmichael et al. J. Phys. A 11, L121 (1978)
[3] Hennrich et al. PRL 85, 4872 (2000); Kuhn et al. PRL 89, 67901 (2002)
[4] McKeever et al. Nature 425, 268 (2003)
Die Erzeugung eines Lichtpulses, der genau ein Photon enthält, ist von
besonderer Bedeutung in der Quantenkryptographie und Quanteninformationsverarbeitung. Eine Quelle einzelner Photonen lässt sich durch die
Ankopplung eines einzelnen gespeicherten Ca+ -Ions an die Grundmode
eines optischen Resonators hoher Güte [1] realisieren. Die Emission einzelner Photonen erfolgt dabei durch einen stimulierten Raman-Prozess
mittels eines Anregungspulses auf dem S1/2 -P3/2 Übergang und der Kopplung der P3/2 und D5/2 Niveaus durch den optischen Resonator. In einer
Simulation mithilfe des Dichtematrix-Formalismus und realistischen experimentellen Werten, in denen auch die Linienbreite des Lasers enthalten ist, vergleichen wir die Methode der adiabatischen Raman-Passage
(siehe z.B.[2]) mit einem Rabi-Raman-Übergang mit konstanten Kopplungsparametern. Die Wahrscheinlichkeit, pro Anregungspuls ein Photon
in die Resonatormode zu emittieren, ist demnach für den Rabi-RamanÜbergang maximal und liegt bei > 95%. Mit den berechneten Werten ist
eine Photonenrate von 2 · 104 s−1 zu erwarten.
[1] A. B. Mundt et al., Phys. Rev. 89, 103001 (2002).
[2] A. Kuhn et al., Appl. Phys. B 69, 373 (1999).
Einzelne Photonen von einem Ca+ -Ion in einem Hochgüte Resonator — •Christian Maurer, Christoph Becher, Carlos Russo,
Christian Roos, Jürgen Eschner, Ferdinand Schmidt-Kaler
und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität
Innsbruck, Österreich
Q 37 Poster Teilchenoptik
Wir präsentieren das Konzept und die Parameter unseres zukünftigen
Interferometers, den aktuellen Stand beim Aufbau der modular entworfenen Vakuumkammer sowie die Charakterisierung unserer 2-stufigen
Rubidium-Quelle.
[1] A. Peters, K.Y. Chung, and S. Chu, Metrologia 38, 25 (2001)
[2] T.L. Gustavson, A. Landragin, and M.A. Kasevich, Class. Quantum
Grav. 17, 2385 (2000)
[3] HYPER, Assessment study report, ESA-SCI(2000)10
How non-linearity makes condensate interferometers work
— •Antonio Negretti1 , Carsten Henkel1 , and Tommaso
Calarco2 — 1 Universitaet Potsdam, Institut fuer Physik, Germany —
2
ECT*, Strada delle Tabarelle 286, 38050 Villazzano (Trento), Italy
We study the dynamics of Bose-Einstein condensates in timedependent microtraps for the purpose of understanding the influence of
the mean field interaction on the performance of interferometers. We
show that the non-linearity in ultracold bosons increases the sensitivity
of interferometers to a phase shift, under some conditions. This feature
is connected with the adiabatic generation of a dark soliton. We analyze
the robustness of this phenomenon with respect to thermal fluctuations,
due to excited near fields in an electromagnetic surface trap.
MAGIA – Towards an atom interferometric determination of
the Newtonian gravitational constant — •Jürgen Stuhler1 ,
Marco Fattori2 , Giacomo Lamporesi2 , Torsten Petelski2 ,
Marco Prevedelli3 , and Guglielmo Maria Tino2 — 1 5.
Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57,
D-70550 Stuttgart — 2 Dipartimento di Fisica and LENS, Universita’
di Firenze; INFN - Sezione di Firenze, Via Sansone 1, I-50019 Sesto
Fiorentino (FI), Italy — 3 Dipartimento di Chimica Fisica ed Inorganica,
Universita’ di Bologna, Viale Risorgimento 4, I-40136 Bologna, Italy
Our experiment MAGIA (Misura Accurata di G mediante
Interferometria Atomica) aims at the high precision measurement of the
Newtonian gravitational constant G, which is the least accurately known
fundamental physical constant [1]. MAGIA will use the technique of
Raman atom interferometry to probe the acceleration of free falling
atoms within a Rb fountain. The modification of this acceleration due
to the gravitational potential of external source masses will be detected
in a double differential way [2] and used to assign a value to G. We
present the general idea of MAGIA and report on the current status of
the experiment.
[1] P.J. Mohr and B.N. Taylor, Rev. Mod. Phys. 72, 351 (2000). [2] J.
Stuhler et al., J. Opt. B 5, S75 (2003).
Aufbau eines Sagnac-Interferometers mit kalten Atomen — •T.
Müller, C. Jentsch, J. Wykhoff, E.M. Rasel und W. Ertmer —
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167
Hannover.
Beeindruckende Sensitivitäten, z.B. bei der Messung von Beschleunigungen [1] oder Rotationen [2], haben Materiewelleninterferometer zu
wichtigen Werkzeugen der fundamentalen Physik und Metrologie gemacht. Das Projekt CASI (Cold Atom Sagnac Interferometer) soll
verschiedene Strategien zur hochauflösenden Sagnac-Interferometrie untersuchen und bewerten. Die Verwendung kalter Atome, die mit optischen Raman-Übergängen kohärent aufgeteilt und rekombiniert werden,
erlaubt einen kompakten und transportablen Aufbau, der auf einem Satelliten verwendet werden könnte [3]. CASI soll mit zwei Quellen für
ultrakaltes Rubidium betrieben werden, die die Atome in entgegengesetzter Richtung emittieren, um Rotationen von Beschleunigungen zu
unterscheiden. Bei einer longitudinalen Geschwindigkeit der√Atome von
3 m/s ergibt sich z.B. eine Sensitivität von 2 × 10−9 rad/s/ Hz.
Q 38 Poster Fallen und Kühlung
quantum collective effects as well as high-resolution spectroscopy of the
rovibrational level structure of cold heteronuclear molecular systems.
Observation of Ultracold Ground-State Heteronuclear
Molecules — •G.D. Telles, M.W. Mancini, A.R.L. Caires, V.S.
Bagnato, and L.G. Marcassa — Instituto de Fı́sica de São Carlos,
Universidade de São Paulo, PO 369, 13560-970, São Carlos-SP, Brazil.
We report the observation of translationally ultracold heteronuclear
ground-state molecules in a two species magneto-optical trap (MOT)
containing 39K and 85 Rb atoms. The KRb molecules are produced via
photoassociation and detected by multiphoton ionization. We had characterized their temperature and measured their formation rate constant.
We believe that the two species MOTs could be used as a reliable source
of ultracold molecules to be captured by electrostatic, magnetic or optical traps. This possibility will certainly motivate further investigation of
Photoassociation in a two species mixture — •J. Lange1 ,
S. Kraft1 , M. Mudrich1 , G. Telles2 , R. Wester1 , and M.
Weidemüller1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Freiburg, 79104
Freiburg — 2 University of Sao Paulo, Sao Carlos, Brazil
We report on our current developments towards the detection of ultracold polar LiCs molecules to be produced via photoassociation out of a
mixture of ultracold 7 Li and 133Cs atoms. In a first step, photoassociation
spectroscopy has been performed on Cs2 in a quasi-electrostatic dipole
trap (QUEST) formed by a focussed 100 W CO2-laser beam. Detailed
119
investigations of saturation effects are discussed.
In addititon, we study cooling processes, in particular Raman sideband
cooling [1], in the QUEST in a new experimental setup. The aim is to create a Bose-Einstein condensate [2] as a cooling agent to sympathetically
cool the lithium into quantum degeneracy.
[1] A. J. Kerman et al., Phys. Rev. Lett. 84, 439 (2000)
[2] M. D. Barrett et al., Phys. Rev. Lett. 87, 010404 (2001), G. Cennini
et al., Phys.Rev. Lett. 91, 240408 (2003)
Localising a single atom in a cavity-QED field — •N. Syassen, P.
Maunz, I. Schuster, T. Puppe, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe —
Garching, Germany
A single atom trapped in the field mode of a small high-finesse cavity forms the paradigm of cavity-QED. Questions in fundamental quantum optics, like investigations on quantum measurement can be addressed in such a system. Moreover, fascinating applications in quantuminformation processing and quantum computing are being developed. For
many of these applications, trapping of an atom in the cavity mode alone
is not enough. Ideally, the atom should not move and be perfectly localized at the antinode of the cavity-QED field.
Here we analyse the localisation of a single atom stored in an intracavity dipole trap. Cavity cooling [1,2] as presented in talk Q6.1 is used
to improve the localisation and to compensate for heating introduced by
probing the atom-cavity system. Resolving the normal modes of the coupled system is only possible for a large and constant enough coupling.
Once the normal modes are resolved, the broadening of the normal-mode
resonances allows us to investigate the variation in coupling strength and
hence how well the atom is localized.
[1] P. Horak et al. H. Ritsch, Phys. Rev. Lett. 79, 4974 (1997). V.
Vuletić and S. Chu, Phys. Rev. Lett. 84, 3787 (2000).
[2] P. Maunz, T. Puppe, I. Schuster, N. Syassen, P.W.H Pinkse, and G.
Rempe, to be published.
Towards Formation of a Metastable Calcium BEC — •Dirk
Hansen, Janis Mohr, Ciprian Zafiu, and Andreas Hemmerich
— Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149,
22761 Hamburg
Alkaline-earth-metal atoms provide a unique combination of interesting spectroscopic features connected to their two valence electrons. The
resulting singlet and triplet states offer strong principle fluorescence lines
well suited for laser cooling as well as narrow-band intercombination transitions that can be used for refined laser cooling schemes. The metastable
3
P2 , mJ = 2 state is an interesting candidate for magnetic trapping and
the formation of a Bose-Einstein-Condensate (BEC).
Efficient production and magnetic trapping of cold metastable Calcium has recently been demonstrated in our group [1-2]. In this poster,
we report on modifications of the experimental setup, which promise significant improvements in particle number, temperature, and density. The
prospects of evaporative cooling and BEC-formation in a miniature Ioffe
- Pritchard trap are discussed.
[1] J. Grünert, S. Ritter, and A. Hemmerich, Phys. Rev. A 65,
041401(R) (2002)
[2] D. Hansen, J. Mohr, A. Hemmerich, Phys. Rev. A 67, 021401(R)
(2003)
Analysis of the motion of a single atom in a cavity dipole
trap. — •I. Schuster, P. Maunz, T. Puppe, N. Syassen, P.W.H.
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
In the regime of strong coupling, the motion of a single atom inside
a high-finesse cavity can directly be observed since the position of the
atom has a large influence on the light intensity within the cavity [1].
In our experiment, the atom is captured in an additional far-detuned
standing-wave dipole trap [2]. The radial oscillation of the atom in the
trap is clearly visible in the time-resolved transmission signal of the nearresonant cavity-QED field. The axial oscillation frequency is two orders
of magnitude larger but can be resolved in the autocorrelation function
of the transmitted light by virtue of the high detection bandwidth. The
interdependence between axial and radial oscillation is examined. The
motion of the atom inside the dipole trap is studied for different trap
parameters.
[1] P.W.H. Pinkse, T. Fischer, P. Maunz, and G. Rempe, Nature 404,
365 (2000). C.J. Hood, T.W. Lynn, A.C. Doherty, A.S. Parkins, and
H.J. Kimble. Science 287, 1447 (2000).
[2] J. Ye, D.W. Vernooy, and H.J. Kimble, Phys. Rev. Lett. 83, 4987
(1999).
Improved upper bound on the ground-state energy of a homogeneous Bose-Einstein condensate — •Christoph Weiss and
André Eckardt — Institut für Physik, Universität Oldenburg, D26129 Oldenburg, Germany
The standard calculations of the ground-state energy of a homogeneous
Bose-Einstein condensate rely on certain approximations which appear
physically reasonable, but are difficult to control. Therefore, mathematically rigorous bounds on the ground-state energy are of particular importance. The derivation of such bound was pioneered by Dyson already
in 1957 [1]. While his lower bound could recently be increased by a factor of 14 by Lieb and Yngvason [2], his upper bound [1] has remained
essentially unchanged. Here, an improved, rigorous upper bound on the
ground-state energy is established.
[1] F.J. Dyson, Phys. Rev. 106, 20 (1957).
[2] E.H. Lieb and J. Yngvason, Phys. Rev. Lett. 80, 2504 (1998).
Order and chaos in the electrodynamic trapping of slow polar molecules. — •P.W.H. Pinkse, E. Schmidt, T. Junglen, T.
Rieger, S.A. Rangwala, and G. Rempe — Max-Planck-Institut für
Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching, Germany
In the last few years, magnetic and electrostatic trapping of selected
slow molecules has been demonstrated. For molecules with permanent
dipole moments, new techniques are required to allow simultaneous trapping of atoms and molecules in various internal states. This would, for
instance, allow cold collision studies and applications of slow molecules
in precision spectroscopy. Recently, we demonstrated two-dimensional
trapping of dipolar molecules in an electrodynamic four-wire trap [1], as
reported in a contribution by Junglen et al. This technique has the capability to trap low- and high-electric field seeking states simultaneously.
Hence, in principal, atoms could also be trapped. In this contribution we
analyse the motion of molecules in our two-dimensional electrodynamic
trap. The motion of molecules in the central, harmonic part of trap is well
understood. However, numerical simulations have shown that the anharmonicities away from the centre play an important role. Indeed, the calculated molecular trajectories show strong evidence of chaotic behaviour.
We illustrate the cross-over from the regular to the chaotic regime, using
a set of diagnostic tools for chaos such as Poincaré maps, power spectrum
analysis, trajectory separation, and Lyapunov exponents.
[1] T. Junglen, T. Rieger, S.A. Rangwala, P.W.H. Pinkse, and G. Rempe,
arXiv:physics/0310046
Continued Observation and Absolute Position Control
of Single Neutral Atoms — •Mkrtych Khudaverdyan,
Dominik Schrader, Yevhen Miroshnychenko, Igor
Dotsenko, Wolfgang Alt, Stefan Kuhr, Wenjamin Rosenfeld,
Arno Rauschenbeutel, and Dieter Meschede — Institut für
Angewandte Physik, Universität Bonn, Wegelerstr. 8, Bonn, 53115
Using an intensified CCD camera we spatially resolve Caesium atoms,
confined to the potential wells of a standing wave optical dipole trap
with diffraction limited resolution. The atoms are illuminated by a reddetuned optical molasses, which induces the fluorescence light and cools
the atoms at the same time. Using this technique, we have continuously
imaged the controlled motion of a single atom as well as of a small number of distinguishable atoms with observation times exceeding one minute
[1].
The absolute position of an atom can be controlled using our optical
conveyor belt [2, 3] in combination with a feedback loop. The initial position of the atom in the dipole trap is determined using the intensified
CCD camera. Then, the atom is transported to the desired target position with sub-micrometer precision. The current precision of the position
feedback is 400 nm and is determined by the resolution of the atom in
the dipole trap. This position control is an important prerequisite for
introducing atoms into an optical resonator, which will enable controlled
interaction between two or more atoms.
[1] Y.Miroshnychenko et al., Optics Express (in print)
[2] S. Kuhr et al., Science 293, 278 (2001)
120
Both isotopes are captured from a slowed thermal magnesium beam and
pre-cooled in a magneto-optical trap (MOT). Up to 108 atoms can be
trapped with 60 mW light tuned to the transition 31 S0 → 31 P1 at
285 nm. Time-of-flight measurements indicate atomic temperatures of
about 3 mK, slightly above the Doppler limit (1.9 mK). The experiment will explore promising avenues towards the µKelvin regime with
magnesium, such as quench cooling, which was recently very successfully
applied for calcium. The need for effective cooling methods was demonstrated by recent measurements with our Ramsey-Borde interferometer.
The residual atomic motion was one of the major limitations for the
achieved resolutions of about 290 Hz. For the interferometer we are developing a frequency-doubled Nd:YVO4-disc laser, which provides about
1 W at 914 nm (TEM00 ).
[3] D. Schrader et al., Appl. Phys B 73, 819 (2001)
Collective Atomic Motion in an Optical Lattice formed inside a
High Finesse Cavity — •Julian Klinner, Boris Nagorny, Thilo
Elsässer, Malik Lindholdt, and Andreas Hemmerich — Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761
Hamburg
We discuss non-linear light field dynamics and collective atomic motion in an optical lattice formed inside a high finesse resonator. Our cavity with a finesse of 180.000 operates in the regime of strong coupling,
where the light shift per photon times the number of trapped atoms
exceeds the cavity bandwidth. We present a theoretical model, which
accurately reproduces our observations of dispersive optical bistability,
self-organisation of the intra-cavity field and self-induced radial breathing
oscillations of the trapped atoms.
Tweezing Cold Atoms with Lasers — •Bernd Mohring1 , Marc
Bienert1 , Florian Haug1 , Giovanna Morigi1 , Mark G. Raizen2 ,
and Wolfgang P. Schleich1 — 1Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm — 2 Department of Physics, The University of
Texas, Austin, Texas 78712-1081, USA
Quantum tweezers open a promising way to deterministically and coherently extract a well-defined number of atoms out of a Bose-Einstein
condensate (BEC). We propose a quantum tweezers scheme based on
laser pulses, that allows to coherently transfer atoms from a condensate
into a quantum state of a tight confining dipole trap. The BEC is constituted by atoms in the hyperfine state |gi, which is magnetically trapped.
The atoms are transferred into the dipole trap by coupling the state |gi
to another hyperfine state |ei, which is confined by the dipole trap. The
coupling is achieved by an adiabatic transfer with laser pulses, of which
two realizations are presented: The adiabatic passage and the “Stark
chirped rapid adiabatic passage” (SCRAP).
Atom Optics and Quantum Information Processing with Atoms
in Optical Micro-Structures — •Andre Lengwenus1 , Tobias
Müther1 , Jonas Ries1 , Falk Scharnberg1,2 , Niels Ubbelohde1 ,
Michael Volk1 , Wolfgang Ertmer1 , and Gerhard Birkl1 —
1
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, D30167 Hannover, Germany — 2 Swinburne University of Technology, Melbourne, Australia
A new direction in the field of atom optics, atom interferometry, and
neutral-atom quantum information processing can be based on the use
of micro-fabricated optical elements. With these elements versatile and
integrated atom optical devices can be created in a compact fashion. This
approach opens the possibility to scale, parallelize, and miniaturize atom
optics for investigations in fundamental research and application.
For the implementation of new approaches for quantum information
processing, we use arrays of micro-lenses to create a two-dimensional
system of atom samples in dipole traps that can serve as the carriers for the qubits. Micro-optical elements are also used to generate
waveguides, beam splitters, and interferometer-type structures for guided
atoms. These systems present the atom-optical equivalents to the respective structures in integrated light optics.
In the future, the application of micro-optics for the optical manipulation of atomic systems is expected to have a significant impact on
quantum optics, quantum information processing, and matter wave optics. We report on the progress of our work.
Photoionisation von Indium — •Ch. Schwedes, P. Eckle, J. von
Zanthier, A.Yu. Nevsky und H. Walther — MPI f. Quantenoptik,
Hans-Kopfermann-Str. 1, 85748 Garching
Ein einzelnes In+ -Ion, gespeichert und lasergekühlt in einer RF-Falle
wird als ein aussichtsreicher Kandidat im Hinblick auf ein optisches Frequenznormal untersucht [1]. Um eine angestrebte Genauigkeit in der
Spektroskopie von 10−18 zu erreichen, sind äußerst stabile Bedingungen
der Speicherung notwendig. Die Ionisation von neutralem In durch das
übliche Elektronenstoßverfahren führt jedoch leicht zu zeitlich variierenden elektrostatischen Aufladungen von Isolatoren in der Fallenregion, die
eine kontinuierliche Spektroskopie erschweren. Dies kann durch Photoionisation vermieden werden.
Aufgrund der günstigen Niveaustruktur von In, genügt zur effizienten Zwei-Photonen Ionisation ein einzelner Laser bei 410 nm. Dieser
regt vom Grundzustand zunächst resonant in ein Zwischenniveau an und
von da aus effizient in autoionionisierende diskrete Zustände oberhalb
der Ionisierungsschwelle. Die dabei im Vergleich zur Stoßionisation um
zwei Größenordnungen gesteigerte Ionisierungseffizienz vermindert eine
Bedampfung der Fallenelektroden mit In drastisch, wodurch Kontaktpotentiale, die zu Heizung des Ions führen können, verringert werden.
Untersuchungen der Effizienz dieses Verfahrens im Vergleich zur Stoßionisation und zu anderen Photoionisationsverfahren werden vorgestellt.
[1] Becker et al., Phys. Rev. A 63, 051082 (2001).
Transverse confinement effects in stochastic cooling of trapped
atoms. — •Denis Ivanov and Sascha Wallentowitz — Fachbereich Physik, Universität Rostock, Universitätsplatz 3, 18051 Rostock, Germany.
The operation of stochastic cooling of trapped atoms [1] has been studied for a 3D isotropic harmonic potential. The change of energy due to a
single cooling step has been obtained in terms of quantum-statistical averages. Contributions in the motion parallel to the control-laser beam direction contain the back-action noise due the employed measurement and
noise due to fluctuations of the number of atoms in the control beam [2].
Furthermore, having a control-laser with finite beam-waist, an indirect
measurement of the transverse atomic coordinate with the corresponding
reduction of the quantum state are carried out during the cooling step.
This quantum effect introduces additional noise in the kinetic energy and
depends both on the size and on the shape of the beam-waist [3]. In the
case, where the thermal wavelength of atoms is smaller than the average
interatomic distance, the indistinguishability of atoms can be discarded
and the energy change is expressed in terms of geometrical characteristics
and temperature. Given these results, a boundary between cooling and
heating can be established in dependence on geometrical parameters.
[1] M.G. Raizen et al., Phys. Rev. A 58, 4757 (1998).
[2] D. Ivanov et al., Phys. Rev. A 67, 061401(R) (2003).
[3] D. Ivanov and S. Wallentowitz, J. Opt. B (submitted).
Laser Spectroscopy and Laser Cooling of Indium — •Bernhard
Klöter, Ruby dela Torre, Jiayu Wang, Dietmar Haubrich,
Ulrich Rasbach, and Dieter Meschede — Institut für Angewandte
Physik der Universität Bonn
Indium is an interesting candidate for Atomic Nanofabrication (ANF)
because it can directly be deposited onto a substrate. The high deposition
rates needed for ANF can only be achieved with a laser cooled thermal
Indium atomic beam, which had not been established before.
We first systematically investigated laser frequency stabilization
schemes for all five frequencies involved in the cooling process.
The poster will present our results on saturation and polarization spectroscopy of Indium in an all sapphire cell at 410 nm and/or 451 nm, the
laser frequency locking schemes and the different laser cooling methods.
Optical Trapping and Cooling of Fermionic and Bosonic Magnesium — •Albane Douillet, Tanja E. Mehlstäubler, Nils
Rehbein, Ernst M. Rasel, and Wolfgang Ertmer — Institut für
Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover.
We report on the status of our new experimental apparatus for precision spectroscopy of ultra cold fermionic and bosonic magnesium atoms.
121
Lebensdauermessungen mit Ionenwolken und Einzelionen —
•Martina Knoop, Caroline Champenois, Gaëtan Hagel, Marie Houssin, Caroline Lisowski, Michel Vedel und Fernande
Vedel — PIIM, Université de Provence - CNRS , Centre de St.Jérôme,
Case C21, 13397 Marseille Cedex 20, Frankreich
Die Lebensdauer des 3d2 D5/2 -Zustands von 40 Ca+ wurde mit der
’electron-shelving’-Methode an Einzelionen und Ionenwolken gemessen.
Der metastabile Zustand wurde direkt über den elektrischen Quadrupolübergang 4S1/2 − 3D5/2 bevölkert. In Ionenwolken beträgt die gemessene natürliche Lebensdauer des Niveaus (1095±26) ms, während sie
am Einzelion zu (1152±23) ms bestimmt wurde. Die 1σ-Fehlerbalken
von ca. 2% haben unterschiedliche Ursprünge: Fitmethoden in Ionenwolken und die Kontrolle der experimentellen Parameter für Messungen am Einzelion. Lebensdauerverkürzende Effekte werden ausführlich
diskutiert. Die Auswertungsmethode hat entscheidenden Einflußauf die
Lebensdauerwerte. Vergleiche mit neueren Messungen zeigen ausgezeichnete Übereinstimmung.
zur Erzeugung von Licht im Wellenlängenbereich von 479-487 nm. Dieses
Licht soll in einem 2-Photonen-Prozeß die Rubidiumatome in Rydbergzustände anregen oder ionisieren.
Das Licht aus einem Diodenlaser mit λ ≈ 960 nm im Master-SlaveAufbau wird mittels eines KNbO3-Kristalls in einem Resonator frequenzverdoppelt.
Es werden Messungen zur Charakterisierung des Systems und zur
Photoionisation von 87 Rb-Atomen in einer magneto-optischen Falle
präsentiert und die Besonderheiten des Aufbaus im Bezug auf den großen
Durchstimmbereich diskutiert.
Magnetische Gitter für kalte Atome — •Axel Grabowski, Jörg
Bauer, Jürgen Stuhler und Tilman Pfau — 5. Physikalisches
Institut, Universität Stuttgart, 70550 Stuttgart
Ein Gitter von Mikrofallen für kalte Atome in dem jede Falle individuell angesprochen werden kann würde eine Vielzahl von Möglichkeiten für
die kohärent Manipulation von kalten Atomen eröffnen. Nachdem wir
die Möglichkeit der Parallelisierung von aus Drähten aufgebauten Magnetfallen und Quadrupolfallen untersucht haben und dazu Experimente
mittels eines makroskopischen Gitters durchgeführt haben [1], sind wir
nun dabei unsere Experimente auf mikrostrukturierte Oberflächen auszuweiten. Hierzu haben wir Mikrostrukturen hergestellt und in unsere
Vakuumkammer eingebaut. Erste Experimente zur magnetischen Speicherung von Atomen werden vorgestellt.
[1] A. Grabowski and T. Pfau, Eur.Phys.J.D 22, 347-354 (2003).
Zeitentwicklung ultrakalter Rydberggase — •Thomas Pohl,
Thomas Pattard und Jan-Michael Rost — MPI für Physik
komplexer Systeme, Dresden
Fortschritte in Techniken zum Einfangen und Kühlen atomarer Gase haben es in den letzten Jahren ermöglicht, Plasmen in bisher unzugänglichen Parameterbereichen (T 1K) zu präparieren und experimentell zu untersuchen. Dabei hat sich gezeigt, dass die Dynamik kalter
Rydberggase interessante und zunächst unerwartete Aspekte beeinhaltet,
z.B. die spontane Evolution in ein kaltes Plasma.
Eine kinetische Modellierung der Expansionsdynamik, welche neben
dem Mean-Field-Potential der Plasma-Teilchen auch KorrelationsEffekte zwischen den freien Ladungen berücksichtigt, ermöglicht
eine einfache Untersuchung der Gas-Evolution [1]. Ein Vergleich mit
wesentlich aufwendigeren Hybrid-MD-Simulationen zeigt, dass dieses
Modell eine erstaunlich gute Beschreibung der Plasma-Dynamik liefert.
Mit Hilfe dieser beiden Methoden disskutieren wir sowohl die Expansion
eines anfangs vollständig ionisierten Plasmas als auch den inversen
Prozess der Plasmabildung aus hochangeregten Rydberg-Gasen. Im
Mittelpunkt steht dabei der Einfluss von Korrelations-Effekten auf
die Populationsdynamik der entstehenden Rydberg-Atome und die
Zeitentwicklung der Ionen-Temperatur.
[1] T. Pohl, T. Pattard und J. M. Rost, Phys. Rev. A 68, 010703(R)
Chrom-Atome in einer optischen Dipolfalle — •Jörg Werner,
Sven Hensler, Axel Griesmaier, Axel Görlitz, Jürgen Stuhler und Tilman Pfau — 5. Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550 Stuttgart
Aufgrund des hohen magnetischen Moments (µ = 6 µB ) von Chrom
wird ein zusätzlicher Einfluß der Dipol-Dipol-Wechselwirkung auf die Eigenschaften eines Bose-Einstein Kondensates aus Chrom-Atomen erwartet. Wegen der hohen dipolaren Relaxationsverluste (Γ = 3· 10−11 cm3 /s)
ist die Erzeugung eines solchen Bose-Einstein Kondensates in einer
Magnetfalle jedoch nicht möglich [1]. Um die dipolaren Verluste zu
unterdrücken, müssen die Atome in den starkfeldsuchenden Zustand
(mj = −3) umgepumpt werden. Dieser Zustand kann in einer Magnetfalle nicht gefangen werden, so dass die Atome in eine optische Dipolfalle (λ = 1064 nm, w0 = 25 µm und P = 10 W ) umgeladen werden
müssen. Die Chrom-Atome werden dort durch optisches Pumpen auf dem
7
S3 → 7 P3 Übergang vom mj = +3 in den mj = −3 Zustand transferiert.
Wir präsentieren Messungen zum Transfer in die optische Dipolfalle, der
Effizienz des optischen Pumprozesses und zur Unterdrückung der dipolaren Relaxation im starkfeldsuchenden Zustand.
[1] S. Hensler et al., Dipolar Relaxation in an ultra-cold Gas of magne”
tically trapped chromium atoms“, Appl. Phys. B, 77 (8), 765 (2003)
Diodenlasersystem zur Rydberganregung und Photoionisation
von Rubidiumatomen — •Rolf Heidemann, Axel Grabowski,
Alexander N. Benner, Jürgen Stuhler und Tilman Pfau — 5.
Physikalisches Institut, Universität Stuttgart, Pfaffenwaldring 57, 70550
Stuttgart
Wir berichten über den Aufbau eines schmalbandigen Lasersystems
Q 39 Quanteninformation III
Raum: HS 101
Q 39.1 Do 16:30 HS 101
Teleportation von Quanteninformation mit massiven Teilchen
— •Mark Riebe1 , Hartmut Häffner1 , Christian Roos1 , Wolfgang Hänsel1 , Michael Chwalla1 , Jan Benhelm1 , Ferdinand
Schmidt-Kaler1 , Daniel F. V. James2 und Rainer Blatt1 —
1
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Österreich —
2
Los Alamos National Laboratory, NM 87545, Los Alamos
Teleportation bezeichnet die Übertragung des Quantenzustands eines
Systems auf ein anderes. Wir diskutieren die Anwendung des von Bennett
et. al. [1] vorgeschlagenen Teleportationsschemas auf eine Kette von drei
40
Ca-Ionen, die in einer linearen Paul-Falle gespeichert sind [2]. Der elektronische Zustand eines der Ionen soll teleportiert werden. Als EPR-Paar
fungieren die anderen beiden Ionen, die in einem verschränkten Zustand
präpariert werden [3]. Die Messung des zu teleportierenden Zustands und
eines der verschränkten Ionen gibt uns die nötige klassische Information,
um den ursprünglichen Quantenzustand im elektronischen Zustand des
zweiten verschränkten Ions zu rekonstruieren. Unsere Methode erlaubt
dabei eine vollständige, nicht postselektive Teleportation.
[1] Bennett, C. H. et. al., Phys. Rev. Lett. 70, 1895-1899 (1993)
[2] Gulde, S. et. al., Phil. Trans R. Soc. Lond. A 361, 1363-1374 (2003)
[3] Roos, Ch. et. al. quant-ph/0307210
Q 39.2 Do 16:45 HS 101
Experimental demonstration of quantum telecloning — •Sascha
Gaertner1,2 , Julia Lau1,2 , Nikolai Kiesel1,2 , Mohamed Bourennane1,2 , Christian Kurtsiefer1 , and Harald Weinfurter1,2 —
1
Max-Planck-Institut fuer Quantenoptik (MPQ), Hans-KopfermannStr.1, 85748 Garching — 2 Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU)
Muenchen, Schellingstrasse 4/III, 80799 Munich
Quantum telecloning combines quantum teleportation and optimal
quantum cloning [1] in order to communicate an initial quantum state to
two receivers simultaneously. Here we show the experimental implementation of quantum telecloning using four photon entanglement. The four
photon polarisation entangled state is obtained directly from parametric
down-conversion [2], while the input state is realized by the polarisation
of a strongly attenuated coherent beam. We demonstrate the realisation
of quantum telecloning using three different input states and determine
the density matrix of the two cloned states for one of these input states
122
using quantum state tomography.
[1] M. Murao, D. Jonathan, M.B. Plenio and V. Vedral, PRA 59, 156
(1998).
[2] H. Weinfurter and M. Zukowski, PRA 64, 010102-1 (2001).
Die Verwendung von magnetischen Mikrochip-Fallen, sog. Atom”
chips“, in der Quanteninformationsverarbeitung und für interferometrische Präzisionsmessungen erfordert die kohärente Manipulation der Atome in der Mikrofalle. Eine interessante Frage ist dabei, ob die Kohärenz
atomarer Zustände durch Wechselwirkung mit der nur wenige Mikrometer entfernten Oberfläche des Chips gestört wird.
In unseren Experimenten erzeugen wir kohärente Superpositionen von
zwei internen atomaren Zuständen im Abstand von wenigen Mikrometern zur Oberfläche des Chips. Die Kohärenzzeit der Superpositionen
beträgt einige Sekunden. Im Bereich von 4 − 130 µm beobachten wir
keine Abhängigkeit der Kohärenzzeit vom Abstand zur Chipoberfläche.
Wir diskutieren die Verwendung der von uns untersuchten Zustände als
Qubits in der Quanteninformationsverarbeitung. Zur Realisierung von
Quantengattern schlagen wir die Verwendung von zustandsselektiven Mikrowellenpotentialen im Nahfeld des Chips vor.
Weiterhin gehen wir auf den aktuellen Stand unserer Experimente zur
kohärenten Manipulation von externen Freiheitsgraden der Atome in der
Mikrofalle ein (siehe auch Poster von Philipp Treutlein).
Q 39.3 Do 17:00 HS 101
Witnessing multipartite entanglement — •Otfried Gühne1 , Mohamed Bourennane2,3 , Manfred Eibl2,3 , Christian Kurtsiefer2 ,
Sascha Gaertner2,3 , Harald Weinfurter2,3 , Philipp Hyllus1 ,
Dagmar Bruß1 , Maciej Lewenstein1 und Anna Sanpera1 —
1
Institut für Theoretische Physik, Universität Hannover, D-30167 Hannover — 2 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D-85748 Garching,
Germany — 3 Sektion Physik, Ludwig-Maximilians-Universität, D-80797
München
We present the experimental detection of genuine multipartite entanglement using entanglement witness operators. To this aim we introduce
a canonical way of constructing and decomposing witness operators so
that they can be directly implemented with present technology. We apply this method to three- and four-qubit entangled states of polarized
photons, giving experimental evidence that the considered states contain
true multipartite entanglement.
Q 39.7 Do 18:00 HS 101
Faser-Fabry-Pérot-Resonator für die Detektion einzelner Atome in — •Tilo Steinmetz1,2 , Rémi Delhuille1,2 , Romain Long1,2 ,
Astrid Richter1 , Philipp Treutlein1,2 , Theodor W. Hänsch1,2
und Jakob Reichel1,2 — 1 Sektion Physik der Uni München — 2 MaxPlanck-Institut für Quantenoptik, Garching
Die Detektion einzelner Atome ist für das Auslesen von Quantengatteroperationen vonnöten, wie sie in optischen Gittern und in magnetischen
Mikrofallen bereits vorgeschlagen wurden. Sie kann durch eine dispersive
Messung erzielt werden, bei der ein Atom die Phase des Detektionstrahls
ändert ohne jedoch das Detektionslicht zu absorbieren; eine solche Detektion ist mit Hilfe eines optischen Resonators möglich. Um magnetische Mikrofallen mit optischen Resonatoren verbinden zu können, muss
eine Resonatorgeometrie gefunden werden die einem erlaubt, Atome in
einem Abstand < 500µm oberhalb einer Substratoberfläche mit der Resonatormode wechselwirken zu lassen. Ein möglicher Resonatortyp, der
diese Randbedingung erfüllt, ist ein auf Glasfasern basierender FabryPérot-Resonator. Dieser Resonator besteht im Wesentlichen aus zwei
verspiegelten Glasfaserendflächen die in einem Abstand von 1 − 10µm
gegeneinander ausgerichtet werden. Es soll hier ein stabiler Faser-FabryPérot-Resonator in einem vakuumtauglichen Aufbau vorgestellt werden,
mit dem wir bereits eine Finesse > 1500 erzielt haben.
Q 39.4 Do 17:15 HS 101
Experimenteller Vergleich von Drei-Teilchen-Verschränkungen:
W and GHZ Zustände — •Hartmut Häffner, Mark Riebe,
Christian Roos, Wolfgang Hänsel, Michael Chwalla, Jan
Benhelm, Ferdinand Schmidt-Kaler und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Österreich
Wir diskutieren zwei verschiedene Arten von Drei-TeilchenVerschränkungen. Dazu präparieren wir drei Kalzium-40-Ionen in einer
linearen Paulfalle mittels Laserpulsen sowohl in einem GreenbergerHorne-Zeilinger-Zustand (|000i + |111i) als auch in einem W-Zustand
(|100i + |010i + |001i). Während GHZ-Zustände äußerst fragil sind
und sehr schnell zerfallen, beobachten wir, dass W-Zustände besonders robust sind. Diese Art der Verschränkung bleibt nicht nur länger
als 100 ms intakt, es ist sogar möglich, eine Messung an einem der Ionen
durchzuführen, ohne die Verschränkung gänzlich zu zerstören. Abhängig
vom Messergebnis erhält man dann in 2/3 der Fälle einen Bell-Zustand
(|01i + |10i) für die beiden anderen Ionen.
Q 39.5 Do 17:30 HS 101
Quantenzustandstomographie in einer linearen Ionenfalle —
•Wolfgang Hänsel, Christian Roos, Hartmut Häffner, Gavin P.T. Lancaster, Mark Riebe, Stephan Gulde, Christoph
Becher, Ferdinand Schmidt-Kaler und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25,
A-6020 Innsbruck
Wir stellen eine experimentelle Methode vor, um die vollständige Dichtematrix eines n-qubit-Systems zu messen, und wir wenden diese Methode auf Systeme von zwei bzw. drei Ionen in einer linearen Paulfalle
an. Insbesondere untersuchen wir die vier othogonalen Bell-Zustände mit
zwei Ionen. Aus der zeitlichen Entwicklung der Dichtematrix kann unter
anderem die Entwicklung des Verschränktheitgrades gewonnen werden.
Die beiden symmetrischen Bell-Zustände erweisen sich als besonders robust gegen Dekohärenz.
Q 39.8 Do 18:15 HS 101
Integration of light and atom optics on an atom chip —
•Marco Wilzbach1 , Thomas Fernholz1 , Sönke Groth1 ,
Albrecht Haase1 , Christian Hock1 , Peter Horak2 , Bruce
Klappauf2 , Michael Schwarz1 , Alexander Stelzer1 , and Jörg
Schmiedmayer1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Heidelberg,
69120 Heidelberg, GERMANY — 2Optoelectonics Research Centre,
University of Southampton, Southampton SO17BJ, UK
On atom chips various atom optical elements have been realized using
magnetostatic and electrostatic potentials created by surface-mounted
microscopic wire structures. Here we present a next step to make these
atom chips become an universal toolbox for fundamental experiments in
quantum optics as well as for possible applications like quantum information processing. Our first experiments aim at the detection of single
atoms in miniaturized traps using optical fibre cavities. We will describe
our setup, give details of the fabrication of a fibre cavity, and present first
experiments. The experiment is funded by the Landesstiftung BadenWürttemberg and the EU (ACQP collaboration).
Q 39.6 Do 17:45 HS 101
Kohärente Manipulation von Atomen in Mikrochip-Fallen —
•Philipp Treutlein1 , Peter Hommelhoff1,2, Tilo Steinmetz1 ,
Theodor W. Hänsch1 und Jakob Reichel1 — 1 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik und Sektion Physik der Ludwig-MaximiliansUniversität, Schellingstr. 4, 80799 München, Germany — 2 Present
address: Varian Physics 220, Stanford University, Stanford, CA 94305,
U.S.A.
123
Q 40 Laserspektroskopie
Raum: HS 204
Q 40.1 Do 16:30 HS 204
New Trends in Apertureless Scanning Near-field Optical Microscopy — •Javad Farahani, Hans -Juergen Eisler, and Bert
Hecht — Nano-Optics Group, Dept. of Physics, University of Basel,
Klingelbergstr. 82 CH-4056 Basel, Switzerland
Over the last years to overcome the problems of aperture SNOM, different techniques for apertureless SNOM have been exploited. In this
work, we demonstrate that using small metal structures on a dielectric
tip, illuminated by laser can be, potentially used to increase spatial resolution of optical microscopy far beyond the diffraction limit. The set-up
is based on a combination of contact-mode AFM and confocal microscope. Depending on the direction of polarization of the incoming beam,
fluorescence can be either enhanced or quenched, which in both case the
fluorophore is recognized with resolution higher than diffraction limit.
ser ”Superatome” für die Messung masszuschneidern. Wir zeigen, dass
in Experimenten mit zwei verschränkten 40Ca+ Ionen der Zeeman-Effekt
1. Ordnung eliminiert werden kann, obwohl keinerlei m = 0 → m = 0
Übergänge existieren. Darüberhinaus lassen sich Frequenzverschiebungen
optischer Übergänge, die durch externe Felder verursacht werden und im
Bereich weniger Hertz liegen, mithilfe von Bellzuständen detektieren und
vermessen. Für Atomuhren auf Ionenfallenbasis ist dabei die elektrischen
Quadrupolverschiebung von grosser Bedeutung sowie der Zeeman-Effekt
zweiter Ordnung.
Q 40.5 Do 17:30 HS 204
Simultaneous electromagnetically induced transparency and
absorption in a closed transition — •Luca Spani Molella,
Rolf-Hermann Rinkleff, and Karsten Danzmann — MaxPlanck-Institut für Gravitationsphysik und Institut für Atom- und
Molekülphysik, Universität Hannover, Callinstraße 38, D-30167
Hannover.
Aim of this work is to provide insight into some new phenomena which
occur in a typical EIA (electromagnetically induced absorption) transition. The F=4 to F’=5 transition of the Cs D2 line is analyzed with a
probe and a coupling laser. A third laser allows simultaneous measurement of the dispersion of either the probe or the coupling laser (heterodyne interferometer). At resonance the probe laser shows EIA, while the
coupling shows simultaneously electromagnetically induced transparency.
These results are observed for the first time and are obtained in a range
of several decades for the power of both the probe and the coupling laser.
Since our apparatus is highly sensitive for dispersion measurements, we
are able to present the first results of the coupling laser (parametric)
dispersion as a function of the detuning of the probe laser in the same
closed degenerate two level transition. The coupling laser shows positive
parametric dispersion, which grows to a maximum and then decreases
as a function of laser powers. The dispersion of the probe laser around
the EIA peak is on the contrary negative but shows a similar behaviour
as a function of the laser powers. A brighter negative dispersion signal
superimposed on the previous one is observed at low laser powers.
Q 40.2 Do 16:45 HS 204
Towards
single-molecule
detection
by
absorption —
•Jacqueline Y.P. Butter and Bert Hecht — Nano-Optics
group, Institute for Physics, University of Basel, Klingelbergstr. 82,
CH-4056 Basel, Switzerland
At cryogenic temperatures many temperature activated processes are
frozen out, resulting in extremely sharp zero-phonon lines in fluorescence
excitation spectra of certain molecule-matrix systems. The presence of
sharp absorption lines is accompanied by the fact that the absorption
cross section of a single molecule approaches the theoretical limit for
an oscillating dipole. However, the spatial resolution in confocal microscopy is limited by the diffraction limit. Near-field excitation can be
used to overcome this limit. Using near-field excitation, the light source
can eventually be made smaller than the absorption cross section of a
single molecule. The aim of our experiment is to look at the interaction
of strongly confined light fields with single molecules. The set up we use,
is a combination of a scanning confocal optical microscope and a scanning probe microscope, which is suitable for operation at both room and
cryogenic temperature. A single-mode ring dye laser is used to excite the
molecules and to perform spectroscopy at cryogenic temperature.
Q 40.6 Do 17:45 HS 204
Coherent Population Trapping with Variable Doppler Sensitivity — •Christian Bolkart1,2 , Danijela Rostahar1,2 und Martin
Weitz1,2 — 1 Physikalisches Institut — 2 Auf der Morgenstelle 14; 72076
Tuebingen
Coherent population trapping is a resonance phenomenon which is of
large current interest in the context of slow light, quantum computing
and magnetometry. In a three-level system with two stable ground states
and one spontaneously decaying upper state driven by two laser fields,
atoms can be pumped into a ”dark” coherent superposition of the ground
states. This dark state does not interact anymore with the laser field.
We have studied dark resonances in a thermal gas of rubidium atoms
using a variable angle between the two driving optical beams. The angle
was tuned between a Doppler-free situation (zero angle) and angle near
10( − 3) radians, the latter corresponding to the Doppler-sensitivity of a
far infrared photon. We find that the amplitude of the dark resonance
is close to the Doppler-free case as long as the Doppler-effect does not
contribute significantly to the linewidth, but decreases rapidly for larger angles. We have furthermore recorded similar spectra using rubidium
cells with neon buffer gas, which allows us to investigate the Dicke-effect
in a new regime.
Q 40.3 Do 17:00 HS 204
Interaction of a single molecule with sharp metal tips at low
temperature — •Senta Karotke and Bert Hecht — Nano-Optics
group, Institute of Physics, University of Basel, Klingelbergstrasse 82,
CH-4056 Basel
A very interesting topic, which becomes accessible experimentally, is
the examination of the properties of single quantum systems like single
molecules and their interactions.
Single molecules at cryogenic temperature are very sensitive probes
for optical and electrical processes in their local environment. For example, the resonance of a molecule in the vicinity of a sharp metal tip is
shifted. This shift occures either due to the interaction of the molecule
with its backreflected field or, if a voltage is applied to the tip, due to the
Stark effect. This fact can be exploited for high-resolution localization
and imaging of single molecules or other quantum systems.
The experimental investigations are carried out by using the wellestablished technique of a confocal microscope which is combined with
a newly developed scanning tip setup with a tuning fork shearforce gapwidth control. In the temperature range from RT down to cryogenic T,
we are able to record topographic images as well as optical images. We
will present results showing tip-induced Stark effect of a single molecules,
i.e. the frequency shift of single molecules as a function of the tip position.
This demonstrates a new powerful technique of resolving single molecules
with a spatial resolution only limited by the characteristic size of the tip.
Q 40.7 Do 18:00 HS 204
Slow light by means of spectral hole burning in atomic vapor —
•Jürgen Appel and Alexander I. Lvovsky — Fachbereich Physik
M559, Universität Konstanz
In a Doppler-free spectroscopy setup a rubidium vapor cell is subjected
to two counterpropagating laser beams. The saturating beam creates narrow spectral holes (of approximately the natural linewidth) in the weaker
signal beam’s Doppler-broadened absorption spectrum. A strong dispersion leads to a large reduction of the signal pulse’s group velocity at the
transmission peaks and negative group velocities at their edges. Group
indices of order 103 with less than 70% absorption have been obtained.
Q 40.4 Do 17:15 HS 204
Präzisionsspektroskopie mit verschränkten Zuständen —
•Christian Roos, Michael
Chwalla, Mark Riebe, Jan
Benhelm, Christoph Becher, Wolfgang Hänsel, Hartmut
Häffner, Ferdinand Schmidt-Kaler und Rainer Blatt —
Institut für Experimentalphysik
Präzisionsspektroskopie an atomaren Bellzuständen bietet nicht nur
den Vorteil eines verbesserten Signal-Rausch-Verhältnisses sondern
darüber hinaus die Gelegenheit, die spektroskopischen Eigenschaften die124
Q 40.8 Do 18:15 HS 204
Investigation of photosynthetic processes by picosecond fluorescence spectroscopy — •Franz-Josef Schmitt1, Hans Joachim
Eichler1 , Hann-Jörg Eckert2 , and Joachim Huyer1 — 1 Optisches
Institut - P 1-1, Technische Universität Berlin, Strasse des 17. Juni 135,
D-10623 Berlin — 2 Max-Volmer-Laboratorium, Technische Universität
Berlin, Strasse des 17. Juni 135, D-10623 Berlin
The primary processes of photosynthesis in higher plants and
Cyanobacteria start with the generation of excited states by light absorption within pigment-protein complexes forming the antenna system
(mainly Chlorophyll molecules). The electronic excitation then migrates
via singlet-singlet energy transfer to the reaction center where it induces
a primary charge separation leading to a primary radical pair (P+A). Information on these processes can be gathered from analyses of the
dynamics and wavelength dependence of the emitted fluorescence. Both
can be obtained in short acquisition times by using a novel single photon
counting fluorometer system which permits to monitor simultaneously
the time and wavelength dependence of the fluorescence emission. The
key element of this equipment is a special microchannel-plate photomultiplier with delay-line anode. The data are recorded by a two-dimensional
multi-channel-analyzer on the basis of a computer system. In this report
we compare the time resolved fluorescence spectra of various photosynthetic organisms with different Chlororophyll types (Chl a, Chl b, Chl d)
in the antenna system.
Q 41 Quanteneffekte III
Raum: HS 218
the metastable state D3/2 in 40 Ca+ at a wavelength of λ = 866nm. We
generate single photons by driving a cavity assisted Raman transition between ground- and D-state. Mirrors with ultralow losses on the order of
10 ppm ensure a high outcoupling efficiency. The system has the potential
to generate other non-classical states of the electromagnetic field.
[1] C.K.Law, H.J.Kimble, J. Mod. Opt. 44, 2067 (1997).
[2] A.Kuhn, M.Hennrich, G.Rempe, Phys. Rev. Lett. 89, 67901 (2002).
[3] G.R.Guthöhrlein, M.Keller, K.Hayasaka, W.Lange, and H.Walther,
Nature 414, 49 (2001).
Gruppenbericht
Q 41.1 Do 16:30 HS 218
Dynamical theory of Casimir-Polder forces on excited atoms
— •Stefan Yoshi Buhmann1 , Ho Trung Dung1,2 , Dirk-Gunnar
Welsch1 , and Ludwig Knöll1 — 1 Theoretisch-Physikalisches Institut, Friedrich-Schiller-Universität Jena, Max-Wien-Platz 1, 07743 Jena,
Germany — 2 Institute of Physics, National Center for Sciences and Technology, 1 Mac Dinh Chi Street, District 1, Ho Chi Minh city, Vietnam
Based on macroscopic quantum electrodynamics, a dynamical theory
of the Casimir-Polder force acting on an excited atomic system near
an arbitrary arrangement of dispersing and absorbing magnetodielectric
bodies is presented. It is shown that in the weak-coupling regime the
total force as a function of time is a superposition of force components
that are related to the atomic density matrix elements at chosen time.
In particular, it is found that when the atomic system is initially prepared in a coherent superposition of energy eigenstates, then temporally
oscillating force components are observed, which is in stark contrast to
the case of incoherent state preparation. Finally, it is shown that even
the Casimir-Polder force observed after de-excitation of the atomic system is not exactly derivable from a potential, because of the position
dependence of the atomic polarizability.
Q 41.4 Do 17:30 HS 218
Lebensdauer des metastabilen D5/2 Niveaus eines 40 Ca+ Ions bei
Ankopplung an das Vakuumfeld in einem Resonator — •Axel
Kreuter, Christoph Becher, Gavin Lancaster, Carlos Russo, Ferdinand Schmidt-Kaler und Rainer Blatt — Institut für
Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Austria
Die natürliche Lebensdauer des D5/2 Niveaus von 40Ca+ wurde an einem einzelnen gefangenen Ion mithilfe einer wechselwirkungsfreien Methode gemessen. Anders als bei der Quantensprung-Methode wird das Ion
nicht kontinuierlich beobachtet, sondern der Zerfall nach einer wechselwirkungsfreien Wartezeit gemessen. Das Ergebnis τ =1160(14)ms stimmt
innerhalb einer Standardabweichung mit dem genauesten veröffentlichten
Wert überein. Diese Methode wurde dazu verwendet, die Verkürzung
der Lebensdauer zu messen, die aus der Ankopplung des Ions an das
Vakuumfeld in einem Resonator resultiert. Der Resonator wurde dafür
mithilfe eines Transfer-Lasers auf den S1/2 -D5/2 Übergang stabilisiert.
Dieses Experiment zeigt, dass die kontrollierte Kopplung von Atom und
(Vakuum)Resonatorfeld über längere Zeit möglich ist. Das ist die Voraussetzung für die Realisierung einer Reihe von Vorschlägen zur Quanteninformationsverarbeitung mit Ionen in optischen Resonatoren.
Q 41.2 Do 17:00 HS 218
Resonante Photonenerzeugung in einer Kavität durch dynamischen Casimir-Effekt — •Michael Uhlmann, Günter Plunien
und Gerhard Soff — Institut für Theoretische Physik, Technische
Universität Dresden, Zellescher Weg 17, 01062 Dresden
Der dynamische Casimir-Effekt beschreibt die Erzeugung von Teilchen
(z.B. Photonen) aus dem Vakuum durch eine zeitabhängige Störung, z.B.
innerhalb einer Kavität mit einem sich bewegenden Spiegel.
In dieser Arbeit wird die Bewegung eines Spiegels durch eine dünne
Schicht mit zeitabhängigem Brechungsindex ( oder µ) simuliert. Das
elektromagnetische Feld in der idealleitenden Kavität - beschrieben durch
die makroskopischen Maxwell-Gleichungen - wird quantisiert und die resonante Teilchenproduktion im Rahmen der Rotating Wave Approximation (RWA) beschrieben. Es wird auf Unterschiede zwischen den beiden
Polarisationen (TE- und TM-Moden), sowie verschiedene Dynamiken des
Mediums eingegangen. Ziel ist die Beschreibung eines geplanten Experiments.
Diese Arbeit wurde unterstützt von BMBF, GSI und DFG.
Q 41.5 Do 17:45 HS 218
Single atom capturing effect from a single distant mirror —
•Alex Wilson, Pavel Bushev, Jürgen Eschner, and Rainer
Blatt — Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, A-6020 Innsbruck, Austria
A single, trapped barium ion is seen to experience vacuum field forces
due to the presence of a single, plane, mirror some 25 cm away. These
forces are associated with a mirror-induced shift of the excited state,
which was recently observed using a spectroscopic method to probe the
internal state of the ion [1]. This shift is the dispersive counterpart to the
modified spontaneous decay rate previously observed [2]. The magnitude
of these effects are scaled by the collection efficiency of the lens that collimates light from the 138 Ba+ ion onto the retro-reflecting mirror. Scanning
the ion-mirror distance leads to a sinusoidally-varying shift of the excited
state. The mirror therefore establishes weak trapping and anti-trapping
potentials that alter the strong confining potential of the Paul trap. A
new technique has enabled the sensitive and rapid measurement of the
ion’s 1 MHz oscillation frequency. This trap frequency is seen to vary
upon changing the ion-mirror distance. Hence so-called vacuum forces,
due to the presence of the mirror, have been observed by measuring the
motional (or external) states of the ion. In the strictest sense the effects of
the mirror cannot be described by modified vacuum fields alone and the
ion’s own radiation reaction field must also be considered to be modified.
[1] M.A. Wilson et al., Phys. Rev. Lett. 91, 213602, (2003)
[2] J. Eschner et al., Nature 413, 495-498, (2001)
Q 41.3 Do 17:15 HS 218
Deterministic single photon pulses from an ion-cavity system
— •Matthias Keller1 , Birgit Lange1 , Kazuhiro Hayasaka2 ,
Wolfgang Lange1 , and Herbert Walther1 — 1 Max-PlanckInstitut für Quantenoptik, Garching, Germany — 2 Communications
Research Laboratory, Kobe, Japan
A single atom in a high-finesse optical cavity is an ideal source of single photons. Each photon is triggered by an external pump pulse and
delivered to a well-defined output mode [1,2]. Completely deterministic
output characteristics and a high cw-efficiency of the device require a
continuous and controlled interaction between atom and field. We have
met this condition by localizing a single 40Ca+ -ion in a small optical cavity. By means of laser Doppler-cooling, the position spread of the ion’s
wavepacket along the cavity axis was reduced to 5% of the transition
wavelength, so that the Lamb-Dicke regime is reached [3].
The cavity is coupled to the transition from the excited P1/2 level to
125
Q 41.6 Do 18:00 HS 218
Experimente mit dem Ein-Atom Maser — •Thomas Becker,
Jozef Fülöp, Gabriele Marchi, Pierre Thoumany, Linas Urbonas und Herbert Walther — Max-Planck Institut für Quantenoptik, Hans Kopfermann Str. 1, 85748 Garching
Im Ein-Atom Maser kann die Quantenphysik der Licht-Materie Wechselwirkung auf elementare Weise untersucht werden. Dabei durchqueren einzelne Rydberg-Atome einen Mikrowellen-Resonator hoher Güte
und werden anschließend zustandsselektiv nachgewiesen. Auf diese Art
können Feldzustände mit einer festen Photonenzahl im Resonator deterministisch erzeugt und nachgewiesen werden. Ebenso können durch die
Wechselwirkung mit dem Resonator langreichweitige Korrelationen im
Atomstrahl erzeugt werden. In diesem Vortrag wird ein neuer Messaufbau vorgestellt, der die Einstrahlung eines klassischen Mikrowellenfeldes
in den Resonator ermöglicht und so die Messung der Phaseneigenschaften
der Maser-Feldes erlaubt.
We study the dynamics of N coherently driven two-level atoms strongly
coupled to a high finesse optical resonator. Analogous to a single driven
atom in a lossless cavity [1], the quantum interference of the cavity mode
field and the pump field creates an intensity minimum in the vicinity of
each driven atom and suppresses spontaneous emission and light shift.
Even for strong driving fields the atoms are only weakly saturated and
the probe absorption spectra reveals the vacuum Rabi splitting. We find
that, even in the case of an empty-cavity linewidth bigger than the atomic
linewidth, one regains destructive interference through the cooperative
action of many atoms. Despite of opening more loss channels, cavity decay becomes the dominant decay channel with growing atom number.
The magnitude of the effect shows a strong dependence on the relative
atomic distances being maximum for a regular lattice of atoms. Both of
these results can give a new key to understand recent experiments on
collective cavity cooling [2].
[1] P. Alsing et al, Phys. Rev. A 45, 5135 (1992).
[2] A.T. Black et al, Phys. Rev. Lett. 91, 203001 (2003).
Q 41.7 Do 18:15 HS 218
Collective interference of N driven atomic dipoles with a highQ cavity mode — •Stefano Zippilli1 , Giovanna Morigi1 , and
Helmut Ritsch2 — 1 Abteilung fuer Quantenphysik, Universitaet Ulm,
Albert-Einstein-Allee 11, D-89069 Ulm — 2 Institut fuer Theoretische
Physik, Universitaet Innsbruck, Technickerstr. 25/2, A-6020 Innsbruck
Q 42 Ultrakurze Lichtimpulse: Carrier-Envelope-Phase
Raum: HS 223
Q 42.1 Do 16:30 HS 223
SPIDER mit erweitertem Dynamikbereich für die Charakterisierung oktavenspannender Weißlichtpulse — •Gero Stibenz
und Günter Steinmeyer — Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik
und Kurzzeitspektroskopie, Max-Born-Str. 2a, D-12489 Berlin
Die in Hohl- und Mikrostrukturfasern erzeugten Weißlichtkontinua haben zu einer Renaissance der Kontinuumserzeugung geführt. Könnte man
die Dispersion dieser oft mehrere Oktaven überspannenden Spektren
perfekt rekomprimieren, so würden Pulsdauern < 2 fs resultieren. Ein
Grund dafür, daß dieses bislang nicht erreicht werden konnte, besteht in
der Schwierigkeit, die Pulsdauer solcher Kontinuumspulse überhaupt zu
messen. Autokorrelationen gelten gemeinhin als zu unzuverlässig, aber
auch die sog. kompletten Charakterisierungsverfahren SPIDER [1] und
FROG [2] haben Schwierigkeiten mit den teilweise extremen Einbrüchen
der spektralen Intensität [3]. Bei SPIDER geht in diesen schwarzen
”
Löchern“ oft der Interferenzkontrast verloren, was Fehler bei der Phasenrekonstruktion erzeugt. Wir stellen hier eine neue Variante des SPIDERVerfahrens vor, die den Dynamikbereich bei der Akquisition der Interferogramme erhöht. Dieses gelingt durch schnelle Messung vieler SPIDERInterferogramme mit einer kHz-Zeilenkamera und anschließender phasensensitiver Rauschunterdrückung. Bei dieser Methode wird der SPIDERAlgorithmus zweimalig auf die Meßdaten angewandt. Dieses neue Verfahren demonstrieren wir mit Kontinuumspulsen von 4.7 fs Pulsdauer.
[1] C. Iaconis, I. A. Walmsley, IEEE J. Quantum Electron. 35, 501 (1999).
[2] R. Trebino et al., Rev. Sci. Instrum. 68, 1 (1997).
[3] D. Keusters et al., J. Opt. Soc. Am. B 20, 2226 (2003).
bility of any optical frequency standard to any optical or radio/microwave
frequency with an instabilty of 10E-15 in one second.
Q 42.3 Do 17:00 HS 223
Passive all-optical phase locking of two femtosecond Ti:sapphire
lasers — •Florian Sotier1 , Markus Betz1 , Florian Tauser1 ,
Stephan Trumm1 , Alfred Laubereau1 und Alfred Leitenstorfer2 — 1 Physik-Department E11, TU München, D-85748 Garching —
2
Fachbereich Physik, Universität Konstanz, D-78457 Konstanz
Two independently tunable femtosecond Ti:sapphire lasers are passively synchronized with a stable relative carrier-envelope offset phase.
Heterodyning the spectral overlap of the frequency combs from the two
oscillators, we observe multiple regimes for the cavity length difference
where the relative round-trip phase slip is effectively locked to zero. The
phase-locking is also verified analyzing the combined optical spectrum of
the two laser pulse trains. The strong correlation of the femtosecond pulse
trains is maintained over minutes without any external stabilization and
relative cavity lenght variations of 50 nm are compensated. Cross-phase
modulation beyond the slowly varying amplitude picture is responsible
for the phase synchronization. This mechanism takes full advantage of
the nonresonant optical nonlinearity of the shared gain medium which is
much faster than the optical cycle.
Q 42.4 Do 17:15 HS 223
Measurement of the absolute phase of few-cycle laser pulses
— •Fabrizio Lindner1 , M. G. Schätzel1 , G.G. Paulus1,2,3 , H.
Walther1,2 , A. Baltuska4 , E. Goulielmakis4 , M. Lezius4,5 , and F.
Krausz1,4 — 1 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, D 85748 Garching, Germany — 2 Ludwig-Maximiliams-Universität München, D 85748
Garching, Germany — 3 Texas A&M University, Department of Physics,
College Station, TX 77843-4242, USA — 4 Institut für Photonik, Technische Universität Wien, A 1040 Wien, Austria — 5 Institut für Ionenphysik,
Universität Innsbruck, A 6020 Innsbruck, Austria
We present experiments of photoionization of rare gases conducted
with phase-stabilized few-cycle laser pulses. The detected asymmetry of
electron emission in the two polarization directions (stereo-ATI ) allowed
for the first time the unambiguous determination of the absolute phase of
the pulse [1] and its spatial variation along the laser focus (Gouy phase,
[2]).
Besides the use of the ATI-phasemeter as an essential tool for experiments requiring long-term phase stability, more fundamental aspects of
the ionization process will be discussed. In particular, the electrons’ motion under the driving laser field can be reconstructed with unprecedented
attosecond resolution.
[1] Phys. Rev. Lett., in press
[2] Phys. Rev. Lett., submitted
Q 42.2 Do 16:45 HS 223
Noise in phase-coherent supercontinua generated in microstructure fibers — •Nils Haverkamp und Harald R. Telle
— Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100, 38116
Braunschweig
We investigated the comlex intensity modulation transfer function for
supercontinuum (SC) generation in microstructure fibers (MSF), i.e. we
measured, how intensity fluctuations of pulses coupled into a MSF translate into intensity and/or phase fluctuations in the fiber output spectrum.
For SC generation with pulse energies of some 200pJ in 120 mm of Lucent MSF, we found intensity modulation gain factors not larger than
100, and nonlinear phase shifts not exceeding 40 rad per percent of pulse
energy change.
In future apllications, such as optical pulse synthesis and using a self
referenced frequency comb as an optical clock work for an optical frequency standard, the short term stability depends on the magnitude of
intensity and/or phase fluctuations in the comb spectrum. We measured
the fluctuations induced by input pulse intensity fluctuations and show,
that our Ti:Sa-comb-generator can be used to transfer the short term sta126
Q 42.5 Do 17:30 HS 223
Spatial and temporal control of optical near field distributions
using femtosecond polarization pulse shaping — •W. Pfeiffer1 ,
F.J. Garcia de Abajo2 , and T. Brixner3 — 1 Universität Würzburg,
Physikalisches Institut EP1, 97074 Würzburg, Germany — 2 Centro
Mixto CSIC-UPV/EHU, 20080 San Sebastian, Spain — 3 University of
California at Berkeley, Department of Chemistry, Berkeley, CA 94720,
USA
Optical near-field distributions are at the center of experimental techniques such as scanning photon tunneling microscopy (STM) or near-field
two-photon fluorescence microscopy. Ultrahigh spatial resolution is provided by making use of the optical field enhancement in the vicinity of a
sharp tip. We simulate the field distribution near an STM tip/sample geometry under the irradiation with polarization-shaped femtosecond laser
pulses by means of the boundary-element method. This allows for the
first time to shape all three mutually orthogonal polarization components
of a femtosecond light pulse in a complex fashion. Using an evolutionary algorithm, nonlinear signals and contrast ratios at specific points in
space can be enhanced by optimized light pulses. Apart from applications
in the above-mentioned near-field techniques, this offers the possibility
for three-dimensional quantum control on surface-adsorbed molecules,
accessing 3D wavefunction properties with light fields optimized in all
three polarization directions and along three spatial coordinates.
Many results of ultrashort-laser matter experiments strongly depend
on the relative phase ϕ of the field oscillations with respect to the peak
of the laser pulse. Until recently, determination of ϕ was limited by a
±π ambiguity and restricted to high-energy ( 1 µJ) pulses. Control
mechanisms for pulses at moderate intensity levels were missing. Our
simulations of ultrashort laser pulses interacting with metal surfaces
based on time dependent density functional theory [1] indicate that
photoemission from surfaces, especially in the multiphoton regime
(I < 1013 W/cm2 ), might be a promising candidate for measuring ϕ
for pulse durations τ shorter than 10 fs. To better understand this
surprising result we set up a classical trajectory Monte Carlo simulation
of the process including photon absorption by conduction band electrons
giving insight into the relative importance of underlying mechanisms.
First experiments [2] support out predictions.
This work has been supported by Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung under project no. FWF-SFB016.
[1] C. Lemell et al., Phys. Rev. Lett. 90, 076403 (2003).
[2] A. Apolonsky et al., submitted to Phys. Rev. Lett. (2003).
Gruppenbericht
Q 42.8 Do 18:15 HS 223
Phase-locked chirped pulse optical parametric amplification
of 12 fs pulses from a Ti:sapphire oscillator — •Jens Biegert,
Christoph P. Hauri, Philip Schlup, and Ursula Keller —
Physik Department, Swiss Federal Institute of Technology (ETH),
Zürich, Switzerland
We present first results of direct chirped pulse optical parametric amplification of 12-fs, 1.7 nJ pulses from a phase-locked Ti:sapphire oscillator. The interaction is modeled with a 3D code and experimental
parameters agree well with the simulation. Preliminary experimental results showed amplified spectra spanning a bandwidth of 160 nm with an
energy of 85 µJ (0.9 mJ pump at 400 nm), supporting a transform limited
pulse duration of 9.8 fs. Compression only led to 28 fs pulses, measured
with SPIDER, due to the limited optics bandpass (48 nm, supporting
21 fs) in our setup. Furthermore, we could confirm that the phase-lock
of the oscillator pulses is conserved in the amplification process, hence
this technique can potentially give access to phase-locked, high-energy
few-cycle pulses.
Q 42.6 Do 17:45 HS 223
Carrier-Envelope Phase Measurement using a Non Phase
Stable Laser — •Matthias Lezius1,2 , Kevin O’Keeffe1 , Peter
Jöchl1 , Herwig Drexel2 , Verena Grill2 , and Ferenc Krausz1
— 1 Institut für Photonik, Technische Universität Wien, Gusshausstr.
27/387, A-1040 Wien — 2 Institut für Ionenphysik, Universität
Innsbruck,Technikerstr. 25, A-6020 Innsbruck
We demonstrate that the phase between the carrier and the pulse envelope of a few-cycle laser pulse can be retrieved from non phase stable
laser systems, provided that such laser pulses are about 5 fs long and the
repetition rate is in the order of 1kHz. Our approach is based on online
determination of the phase using f − 2f interferometry. By a comparison of the self referencing interferometric signal with the photoelectron
current emitted into a 7 degree solid angle parallel to the laser polarization we obtain the absolute value of the carrier envelope phase provided
that Coulomb correction for electron energies below 10eV can be taken
correctly into account.
Q 42.7 Do 18:00 HS 223
Determination of the carrier-envelope phase of ultrashort laser
pulses using metal surfaces — •C. Lemell1 , P. Dombi2 , X.-M.
Tong3 , F. Krausz2 , and J. Burgdörfer1 — 1 Inst. f. Theoretical
Physics, Vienna University of Technology — 2 Photonics Inst., Vienna
University of Technology — 3Dept. of Physics, Kansas State University
Q 43 Biophotonik und Laser in der Medizin
Raum: HS 224
Q 43.1 Do 16:30 HS 224
A single-nanoparticle biosensor based on light scattering
spectroscopy — •Gunnar Raschke1 , Sandra Brogl1 , Stefan
Kowarik1 , Thomas Franzl1 , Carsten Sönnichsen1 , Thomas
A. Klar1 , Jochen Feldmann1 , Alfons Nichtl2 , and Konrad
Kürzinger2 — 1Photonics and Optoelectronics Group, Physics
Department and Center for NanoScience, Ludwig-MaximiliansUniversität, Amalienstr. 54, 80799 Munich — 2Roche Diagnostics
GmbH, Nonnenwald 2, 82372 Penzberg
We present a novel biosensor for the optical detection of molecular
binding events based on scattering spectroscopy of single functionalized
gold nanoparticles.
The scattering spectrum of a gold metal nanoparticle shows a distinct
resonance in the visible due to a collective oscillation of its conduction
band electrons. The spectral position of this nanoparticle plasmon resonance (NPPR) depends sensitively on the dielectric properties of the
particle’s immediate surrounding. Molecular binding events inside this
nanoenvironment alter the refractive index and can therefore be deduced
from a shifted plasmon resonance position.
We monitor the homogenous NPPR spectrum of a single gold nanoparticle which allows us to detect spectral shifts of only a few meV. There-
fore, less than 200 molecules with a molecular weight of only 50 000 D can
be detected under physiological conditions. We demonstrate this concept
using gold nanoparticles functionalized with biotin to detect streptavidin
molecules [1].
[1] G. Raschke et al., Nano Letters, 3, 935 (2003).
Q 43.2 Do 16:45 HS 224
Mikrobewegungsanalyse an lebenden Zellen und Kleinstlebewesen mit photorefraktiven Neuigkeitsfiltern — •Vishnu Vardhan
Krishnamachari, Oliver Grothe, Hendrik Deitmar und Cornelia Denz — Institut für Angewandte Physik, Westfälische Wilhelms
Universität Münster, D-48149 Münster
Im Rahmen der Biophotonik müssen Methoden entwickelt werden, mit
denen Zellfunktionen in vivo kontinuierlich beobachtet werden können.
Hier stellen wir ein Mikroskop mit einem photorefraktiven Neuigkeitsfilter vor. Es basiert auf Strahlkopplung in photorefraktiven Kristallen
und reagiert auf Intensitäts- und Phasenänderungen. Es können sowohl
die Bewegung als auch die Veränderung kleinster Objekte kontinuierlich
beobachtet werden. Im Vergleich zu anderen Methoden der Bewegungsdetektion ist keine weitere Präparation der Objekte notwendig und es
reichen sehr geringe Lichtintensitäten. Im Falle teilweise transparenter
127
NO-Moleküls aus verschiedenen Flüssigkeiten, u.a. aus menschlichem
Schweiß, zeitaufgelöst und quantitativ beobachtet.
[1] Suschek et al., FASEB J., 17 (13), 2003.
Objekte (Einzeller) lassen sich auf Grund der Phasensensitivität des Mikroskops Einblicke in Prozesse im Innern der Objekte gewinnen. Das
Mikroskop ermöglicht zudem eine Analyse von Strömungsprozessen in
kleinen Dimensionen.
Neben der Erläuterung des Aufbaus und der Funktionweise des Mikroskops werden wir Aufnahmen von Mikroorganismen und strömenden
Mikropartikeln zeigen.
Q 43.6 Do 17:45 HS 224
Parts-per-trillion Empfindlichkeit für die medizinische Atemgasanalyse mittels Infrarot-Cavity-Leak-Out Spektroskopie —
•Golo von Basum1 , Daniel Halmer1 , Frank Müller2 , Frank
Kühnemann2 , Stephan Schiller3 , Peter Hering1 und Manfred
Mürtz1 — 1 Institut für Lasermedizin, Universität Düsseldorf —
2
Institut für Angewandte Physik, Universität Bonn — 3 Institut für
Experimantalphysik, Universität Düsseldorf
www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas
Im menschlichen Atem sind eine Vielzahl von Stoffen enthalten, die
Rückschlüsse auf verschiedene Prozesse im Organismus ermöglichen. Viele sind aber nur in geringsten Konzentrationen vorhanden, z.B. Ethan,
das ein Marker für oxidativen Stress ist. Die Cavity-Leak-Out Spektroskopie (CALOS) ist sehr gut geeignet für die höchstempfindliche, schnelle
Analyse von Spurengasen im sub-ppb-Bereich[1]. Unterschiedliche Laserquellen (CO-Laser, CO-Oberton-Laser, DFG, OPO, λ=3–5µm) werden
eingesetzt, um einen Resonator hoher Güte (L=50 cm; R=99,986%) anzuregen, wodurch effektive optische Weglängen von bis zu 3,6 km erreicht
werden. Nach der Anregung des Resonators wird die Laserstrahlung unterbrochen und der zeitliche Verlauf der exponentiell abklingenden Strahlung aufgezeichnet. Wir erreichen hiermit
√ minimal nachweisbare Absorptionskoeffizienten von 1,6×10−10√cm−1 / Hz. Dies entspricht einer Nachweisgrenze für Ethan von 6 ppt/ Hz. Der simultane Nachweis von Ethan,
Methan und Wasser im menschlichen Atem sowie die Analyse weiterer
relevanter Spurengase (CO, NO, OCS) werden vorgestellt.
[1] von Basum et al. J. Appl. Physiol. 95 2583 (2003)
Q 43.3 Do 17:00 HS 224
Two Photon Fluorescence Spectroscopy in Physiological Tissue — •Christian Spitz and Ralf Menzel — Universität Potsdam,
Institut für Physik, Am Neuen Palais 10, 14469 Potsdam
The fluorescence of endogeneous fluorophores as NADH, FAD, and
Protoporphyrin IX is a useful tool in research and clinical diagnostics as
these molecules act as markers for metabolism activity. In physiological
samples unfortunately the strong autofluorescence from connective tissue,
namely Collagen and Elastin, becomes a problem under UV illumination.
We can show how this problem can be overcome by two photon excitation with fs-laserpulses in the near infrared. Under this excitation
conditions the fluorescence behaviour of Collagen and Elastin drastically
changes while the aimed Fluorophores act as under single photon excitation.
Q 43.4 Do 17:15 HS 224
Ultraschnelle holografische Gesichtsvermessung für medizinische Anwendungen — •Susanne Frey1 , Jens Bongartz1 , Dominik Giel2 , Andrea Thelen1 , Natalie Ladriere1 , Andreas Zepp1
und Peter Hering1,3 — 1 Stiftung caesar, Ludwig-Erhard-Allee 2,
53175 Bonn — 2 Universität Bonn, D-53012 Bonn — 3 Institut für Lasermedizin, Universität Düsseldorf, Universitätsstrasse 1, 40225 Düsseldorf
Holografie als Methode zur Speicherung eines Wellenfeldes birgt die
Möglichkeit der dreidimensionalen Vermessung von Oberflächen. In diesem Beitrag wird ein holografisches System zur Vermessung von Gesichtsoberflächen vorgestellt. Dazu wird eine Person mit einer gepulsten
holografischen Kamera aufgenommen, die auf einem frequenzverdoppelten Nd:Ylf-Laser basiert (Pulsdauer 35 ns (FWHM), 6 m Kohärenzlänge,
2 Joule Pulsenergie, 526,5 nm). Die Kamera ist auf Portraitholografie optimiert und augensicher. Das reelle Bild des Hologramms wird
schichtweise digitalisiert und die Bildinformation numerisch bearbeitet.
Oberflächen werden durch Fokusfindung im reellen Bild identifiziert. Die
Oberflächenmodelle werden mit der Helligkeitsinformation aus dem reellen Bild pixelgenau texturiert. Der Einsatz von Planspiegeln erlaubt
die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Ansichten eines Objekts oder einer
Person, wodurch Abschattungen kompensiert werden können. Hauptanwendungsbereiche des Systems sind die Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie und die plastische Chirurgie, wo die holografische Methode bereits
für Planungen und Dokumentationen von Operationen eingesetzt wird.
Q 43.7 Do 18:00 HS 224
Optische Stimulation von SH-SY5Y Neuroblastoma-Zellen —
•Jörn Cordes und Sebastian Bartel — Laser Zentrum Hannover,
Hollerithallee 8, 30149 Hannover
Die elektrische Stimulation von Nervenfasern wird heute bereits routinemäßig im klinischen Alltag eingesetzt (Herzschrittmacher, Innenohrimplantate, u. ä.). Die dabei erreichbare räumliche Auflösung ist durch
mangelhafte elektrische Ankopplung äußerst gering und erlaubt keine selektive Anregung einzelner Neuronen. Lediglich unter Laborbedingungen
lassen sich in sog. Patch-Clamp Messungen Einzelzellen studieren, die
während der Messung irreversibel geschädigt werden. Am Laserzentrum
Hannover führen wir derzeit Experimente zur optischen Anregung von
Neuroblastoma-Zellen mittels kurzer Pulse im sichtbaren Spektralbereich
durch. Untersucht werden dabei Möglichkeiten zur optischen Stimulation von Ionenkanälen um das Membranpotential der Zellen kontrolliert
zu verändern und so Aktionspotentiale auszulösen. Dadurch wäre die
nicht-invasive Steuerung und Untersuchung von Reizleitungsvorgängen
möglich.
Q 43.5 Do 17:30 HS 224
Nachweis von Stickstoffmonoxid aus Flüssigkeiten mit der
Faraday-Modulations-Spektroskopie — •Sven Thelen1 , Markus Horstjann1 , Christoph V. Suschek2 , Peter Hering1
und Manfred Mürtz1 — 1Institut für Lasermedizin, Universität
Düsseldorf, www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas — 2 Institut für
Molekulare Medizin, Universität Düsseldorf
Die Analyse des NO-Radikals aus endogenen Flüssigkeiten (z.B. Blut
oder Schweiß) eröffnet der Medizin die Möglichkeit, wichtige vom NO
im Körper gesteuerte Prozesse zu beobachten [1]. Der schnelle Transport des NO ohne Gasaufbereitung durch die Nachweiszelle verhindert
die Wechselwirkung mit anderen Molekülen. Der dadurch in der Probe
enthaltene Anteil an gasförmigem Wasser stellt für viele herkömmliche
Nachweismethoden ein Problem dar.
Wir stellen die Faraday-Modulations-Spektroskopie (FAMOS)
als querempfindlichkeitsfreie Nachweismethode vor, die für den
zeitaufgelösten NO-Nachweis sehr gut geeignet ist. FAMOS ist eine radikalspezifische Nachweismethode, die auf der Faraday-Drehung von linear
polarisiertem Licht basiert. Wir erreichen eine Nachweisempfindlichkeit
von 25 ppb NO bei einer Zeitauflösung von 300 ms. Als Lichtquelle
benutzen wir einen LN2-gekühlten 5,2 µm cw-Quanten-Kaskaden-Laser
(QCL). Bei unseren Untersuchungen haben wir die Freisetzung des
Q 43.8 Do 18:15 HS 224
A multicolor confocal laser scanning microsope with fast spectral detection by CCD — •Joachim Walter1 , Christian Seebacher2 , and Rainer Uhl1,2 — 1 Till I.D., Am Klopferspitz 19, 82152
Martinsried — 2Bioimaging Zentrum,m Am Klopferspitz 19, 82152 Martinsried
Confocal laser scanning microscopes are routinely used in biological
research for the generation of 3D microscopical images of fluorescently
tagged structures. Simultaneous imaging of multiple structures requires
the ability to separately detect a large number of fluorochromes. Obstacles to the spectral separation are overlapping excitation and emission
spectra of fluorochromes and limited detection efficiency of microscopes.
We present a confocal microscope setup with increased detection efficiency. This is achieved by two approaches: First, a beamsplitter with
higher edge steepness than common dichroic mirrors is employed. Second, a CCD camera is used as detector, which has a 2-10 times higher
quantum efficiency than commonly used photomultipliers in the relevant
spectral region. The CCD camera is part of a prism spectrograph. With
this setup full spectra or flexibly binned spectral bands of the emission
light can be recorded at timescales of microseconds.
128
Q 44 Gruppenberichte Quantengase
Raum: HS 225
Gruppenbericht
experiments, the high demands on the chip fabrication become apparent
and the possibilities for coherent manipulation of matter waves can be
judged. This is of particular relevance for the implementation of elementary quantum processors on atom chips.
Q 44.1 Do 16:30 HS 225
Realization of an Atom Laser based on Bose-Einstein condensates in magneti field insensitive states — •Giovanni Cennini, Gunnar Ritt, Carsten Geckeler, and Martin Weitz —
Physikalisches Institut der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle
14, 72076 Tübingen Germany.
A novel type of atom laser is realized by all optical techniques [1]. Our
experiment is based on a Bose-Einstein condensate (BEC) of atoms generated by direct evaporative cooling of atoms in a single beam optical
dipole trap. The atoms are in mF = 0 Zeeman state, making this atom
laser insensitive to stray magnetic fields.
In our apparatus, cold rubidium atoms are initially prepared in a
magneto-optical trap and then transferred to a CO2 -laser optical dipole
trap. Such optical traps offer a state-independent confinement, allowing
for studies of atomic systems which cannot be stored in magnetic traps,
such as multiple spin-states. Evaporation to a BEC is achieved by continuously lowering the trapping potential depth. This generates a spinor
condensate with 1.2 × 104 atoms distributed among the different Zeeman
states of the hyperfine ground state F = 1. When a moderate magnetic
gradient is applied, the atoms condense into a field insensitive mF = 0
Zeeman state alone. Once the degenerate regime is achieved, the trapping
potential is smoothly lowered until gravity couples out condensed atoms.
The stability of the generated coherent, monoenergetic beam is limited
only by trapping laser intensity fluctuations.
Q 44.3 Do 17:30 HS 225
Physik mit Spinor Bose-Einstein Kondensaten — •Holger
Schmaljohann, Michael Erhard, Jochen Kronjäger, Christoph Becker, Thomas Garl, Kai Bongs und Klaus Sengstock
— Institut für Laserphysik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee
149, 22761 Hamburg, Germany
Durch die geringe kinetische Energie werden in ultrakalten Quantengasen - speziell in Bose-Einstein Kondensaten - Spindynamik, d.h. magnetische Effekte, sichtbar. Damit werden erstmals Vergleiche allgemeiner magnetischer Wechselwirkungen von Festkörpersystemen bis hin zu Gasen
möglich. Wir geben einen Überblick über unsere aktuellen experimentellen und theoretischen Ergebnisse zu den statischen und dynamischen
magnetischen Eigenschaften von 87 Rb Bose-Einstein Kondensaten. Wir
präsentieren Messungen zum Grundzustand von 87 Rb, die in der F=1
Hyperfein-Mannigfaltigkeit ferromagnetisches und in der F=2 Mannigfaltigkeit antiferromagnetisches Verhalten zeigen [1]. Zudem diskutieren
wir das reichhaltige Wechselspiel zwischen kohärenter Dynamik und inkohärenter Spindynamik durch Thermalisierungseffekte.
[1] H. Schmaljohann et al., cond-mat/0305497.
Gruppenbericht
Gruppenbericht
Gruppenbericht
Q 44.4 Do 18:00 HS 225
Low dimensional Bose gases in optical lattices — •Michael
Köhl, Thilo Stöferle, Henning Moritz, Christian Schori, and
Tilman Esslinger — Institut für Quantenelektronik, ETH Zürich, CH8093 Zürich
We report on the realization and investigation of one-dimensional
trapped Bose gases in the mean-field and in the strongly interacting
regime. In the weakly interacting mean-field regime we have characterized the gas by measuring collective excitations and we find the ratio
of the frequencies of the lowest compressional (breathing) mode and
the dipole mode to be (ωB /ωD )2 ' 3.1. For a thermal gas we measure
(ωB /ωD )2 ' 4 [1]. By adding a periodic potential along the axis of the
1D gas we can tune the gas from a strongly interacting superfluid into
the Mott-insulating phase. We study the gas by Bragg spectroscopy and
find that the excitation spectra cannot be understood by Bogoliubov
theory [2]. The excitation spectra of both phases are compared to the
three-dimensional gas and to the crossover regime from one to three dimensions. The coherence properties of the gas in all configurations are
measured quantitatively.
[1] H. Moritz et al., to appear in Phys. Rev. Lett.
[2] T. Stöferle et al., preprint 2003.
Q 44.2 Do 17:00 HS 225
Coherent matter waves near surfaces — •Peter Krüger1 ,
Stephan Wildermuth1 , Sebastian Hofferberth1 , Mauritz
Andersson1 , Sönke Groth1,2 , Elmar Haller1 , Leonardo
Della Pietra1 , Mihael Brajdic1 , Israel Bar-Joseph2 , and
Jörg Schmiedmayer1 — 1 Physikalisches Institut, Universität
Heidelberg, 69120 Heidelberg — 2 Weizmann Institut, Rehovot, Israel
Surface mounted current and charge carrying structures can be used
to tailor a great variety of different micro-potentials for neutral atoms. In
analogy to electronic chips, atom chips for the controlled manipulation
of matter waves can be formed. At this stage, a number of atom-optical
tools, such as traps, guides, and beam splitters have been developed and
tested in the laboratory, and experiments in different fields of physics
have become possible.
Here, we report on our investigations with Bose-Einstein condensates
(BEC) and ultracold thermal atoms just above the critical condensation
temperature. Surface disorder potentials are studied with atoms that are
separated from a conductor surface by tens of microns down to a few
microns. We will present results for stationary traps as well as matter
wave guides in which the atoms are transported in a controlled way.
The extreme sensitivity of dilute BECs to any potential roughness allows to characterize the surface potential with high precision. From our
Q 45 Quanteninformation IV
Raum: HS 101
Gruppenbericht
ceeds the photon transit time from the source to the beamsplitter, the
first photodetection induces an entanglement between the photonic field
mode of the fiber and the state of the source atom. This entanglement is
verified in a correlation experiment where the phase of the superposition
state is changed in a controlled manner.
[1] Hong et al.PRL 59, 2044 (1987); Santori et al.Nature 419, 594 (2002)
[2] Legero et al.Appl.Phys.B 77, 797 (2003)
[3] Kuhn et al.PRL 89, 67901 (2002)
Q 45.1 Fr 11:00 HS 101
Entanglement of a single photon with an atom-cavity system —
•T. Legero, T. Wilk, M. Hennrich, A. Kuhn, and G. Rempe —
Garching, Germany
The coalescence of two identical photons superposed on a 50/50 beamsplitter is a well known effect [1], for which a time resolved analysis reveals
that it can also be interpreted as a measurement induced entanglement,
followed by an interferometric verification. Because the beamsplitter conceals the origin of the first detected photon, the remaining photon is projected into a path-entangled state [2]. We apply this effect to entangle a
single atom with a single photon, and to determine degree and lifetime
of the entanglement.
A strongly coupled atom-cavity system generates two successive singlephoton wave packets which are long compared to the time resolution of
our detectors [3]. The first photon is sent into a 1100 m long optical fiber
and impinges on a beamsplitter simultaneously with the second photon
that travels along a negligibly short path. Since the coherence time ex-
Q 45.2 Fr 11:30 HS 101
Quantum dot single photon sources: prospects for applications
in linear optics quantum computation — •Alper Kiraz1 , Mete
Atatüre2 , and Atac Imamoḡlu2 — 1 Department Chemie, LudwigMaximilians Universität München, Butenandtstr. 11, D-81377 München,
Germany — 2 Quantenelektronik, ETH-Hönggerberg, HPT G12, CH-8093
Zurich, Switzerland
An optical source that produces single photon pulses on demand has
potential applications in linear optics quantum computation, provided
129
that stringent requirements on indistinguishability and collection efficiency of the generated photons are met[1]. We show that these are conflicting requirements for the recently demonstrated quantum dot single
photon sources that are incoherently pumped via reservoirs[2].
As a model for a coherently pumped single photon source, we consider
cavity-assisted Raman transitions in a single three-level system in the
Λ-configuration[3].We demonstrate that using such a source, arbitrarily
high collection efficiency and indistinguishability of the generated photons can be obtained simultaneously with increased cavity coupling. In
the absence of dephasing, our calculations reveal maximum collection efficiency and indistinguishability of 99 % for a Purcell factor of 40, without
necessitating the strong coupling limit. This regime, that is readily available in current cavity-QED experiments using atoms, can potentially be
reached with a single quantum dot embedded in a microcavity.
[1] E. Knill et al., Nature 409, 46 (2001).
[2] P. Michler et al., Science 290, 2282 (2000).
[3] A. Kuhn et al., Phys. Rev. Lett. 89, 067901 (2002).
Information zweier Qubits verwendet. Eine zentrale Aufgabe dabei ist es,
die orthogonalen Bell-Zustände unterscheidbar zu detektieren. Wie kürzlich gezeigt wurde [1], ist dies mit linearen optischen Elementen nicht
zu bewerkstelligen. Nur zwei der vier Zustände können mit Sicherheit
unterschieden werden, bzw. im nichtdeterministischen Fall ist die Wahrscheinlichkeit, einen Bell-Zustand richtig zu klassifizieren, nicht größer
als 50%.
Die heute gebräuchlichste Methode zur Generierung verschränkter
Photonen ist die spontane parametrische Fluoreszenz, wobei das Photon
eines Pumpstrahls in einem nichtlinearen Medium spontan in zwei Photonen halber Energie konvertiert. Aufgrund des Entstehungsprozesses sind
diese Photonen nicht nur in ihrer Polarisation verschränkt – in diesem
Freiheitsgrad wird die eigentliche Information kodiert – sondern auch in
Energie bzw. Zeit. Indem wir uns diesen Umstand zunutze machen ist es
uns erstmals möglich, die vollständige Bell-Zustandsanalyse mit linearoptischen Komponenten durchzuführen, d.h. jeden der vier Zustände mit
Sicherheit von den anderen zu unterscheiden.
[1] J. Calsamiglia, N. Lütkenhaus, Appl. Phys. B 72, 67 (2001)
Q 45.3 Fr 11:45 HS 101
Photon polarisation entanglement from distant dipole sources
— •Almut Beige1,2 and Yuan Liang Lim1 — 1 Blackett Laboratory,
Imperial College London, London, UK — 2Centre for Quantum Information, Department of Applied Mathematics and Theoretical Physics,
University of Cambridge, Cambridge, UK
It is commonly believed that photon polarisation entanglement can
only be obtained via pair creation within the same source or via postselective measurements on photons that overlapped within their coherence
time inside a linear optics setup. In contrast to this, we show here that
polarisation entanglement can also be produced by distant single photon
sources and without the photons ever having to meet, if the detection
of a photon does not reveal its origin – the which way information. In
the case of two sources, the entanglement arises under the condition of
two emissions in certain spatial directions and leaves the dipoles in a
maximally entangled state [1].
[1] Y. L. Lim and A. Beige, quant-ph/0308095.
Q 45.6 Fr 12:30 HS 101
Continuous-variable experiments with a nonlocal single photon — •Sergei Babitchev, Jürgen Appel, and Alexander I.
Lvovsky — Fachbereich Physik M559, Universität Konstanz
A dual-mode optical qubit, created by overlapping a single photon from
a parametric down-conversion source and a vacuum mode on a beam
splitter, is characterized by means of homodyne tomography. The reconstructed four-dimensional density matrix extends over the entire Hilbert
space and thus reveals, for the first time, complete information about
the qubit as a state of the electromagnetic state. A nonlocal character
of the reconstructed ensemble is demonstrated by a violation of the Bell
inequality for the quadrature data converted to a dichotomic format.
A remote preparation scheme of an arbitrary single-mode qubit has
been implemented: a quadrature measurement, performed on one of the
spatial modes of the nonlocal single-photon state, collapses it into a superposition of the single photon and the vacuum state in the other mode.
Experimental results show that the preparation efficiency of the created
qubit can be higher than that of the initial single photon.
Q 45.4 Fr 12:00 HS 101
Upper bounds on success probabilities in linear optics quantum
gates — •Stefan Scheel1 and Norbert Lütkenhaus2 — 1 Quantum
Optics and Laser Science, Blackett Laboratory, Imperial College London,
Prince Consort Road, London SW7 2BW, UK — 2 QIT group, Institut für
Theoretische Physik I, Universität Erlangen-Nürnberg, 91058 Erlangen
We develop an abstract way of defining linear-optics networks designed
to perform certain quantum gates. We will be mainly concernced with
the nonlinear sign shift (NS) gate but it will become obvious that all
other gates can be treated in a similar manner. The abstract scheme is
extremely well suited for analytical as well as numerical investigations
since it does not depend on the number of ancilla modes at all. With
that approch we analyse numerically and partially analytically the NS
gate and show evidence that indicates that the success probability of that
gate does not exceed 1/4. This is to our knowledge the strongest bound
to date.
Q 45.7 Fr 12:45 HS 101
Continuous variable quantum erasing — •Ulrik
Andersen1 , Olivier Glöckl1, Stefan Lorenz1 , Radim Filip2 , and
Gerd Leuchs1 — 1 Institute of Optics, Information and Photonics,
Max-Planck Research Group, University of Erlangen-Nuernberg,
Staudtstr. 7/B2, D-91058 Erlangen,Germany — 2 Department of
Optics,Research Center for Optics,Palacky University,17. listopadu
50,77200 Olomouc,Czech Republic
Due to quantum complementarity the perfect measurement of two conjugate variables is not possible. In a double slit experiment, this means
that the measurement of the which-way information will destroy the interference information. However, if one manages to erase the which-way
information, the interference can be revived [1]. In the continuous variable quantum erasing scheme [2] we consider a Gaussian light state which
can be characterized by two conjugate quadrature variables: the amplitude and the phase quadrature. Information retrieval can be obtained by
implementing a quantum nondemolition measurement. Performing such
a measurement on the amplitude quadrature gives rise to excess noise
in the phase quadrature according to Heisenbergs uncertainty relation.
However, if the amplitude quadrature is erased, it is possible to revive
the phase information by correlating the outputs. The experimental realization of such a scheme is presented. [1] M.O. Scully et al., Nature
351,111 (1991) [2] R. Filip, Phys. Rev. A 67, 42111 (2003)
Q 45.5 Fr 12:15 HS 101
Experimentelle vollständige Bell-Zustandsanalyse — •Gerhard
Huber1 , Carsten Schuck1, Oliver Schulz1 , Christian
Kurtsiefer2 und Harald Weinfurter1,3 — 1 Ludwig-MaximiliansUniversität, München — 2Department of Physics, National University
of Singapore — 3 Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Garching
In vielen Anwendungen der Quanteninformation und -kommunikation
werden die vier maximal verschränkten Bell-Zustände zur Kodierung der
Q 46 Laser in der Medizin und Umweltmesstechnik
Raum: HS 204
Q 46.1 Fr 11:00 HS 204
Laserosteotomie mit gepulsten CO2 -Lasern — •Martin Werner1,2 , Said Afilal1,2 , Manfred Klasing1 , Mikhail Ivanenko1 ,
Peter Hering1,2 und Antje Rätzer-Scheibe1 — 1 Lasertechnologie
Gruppe, Forschungszentrum caesar, Bonn (www.caesar.de) — 2 Institut
für Lasermedizin, Universität Düsseldorf (www.ilm.uni-duesseldorf.de)
Die schonende Bearbeitung von Knochengewebe mit Lasern ist eine
Herausforderung, da Knochengewebe auf der einen Seite aus sehr tempe-
raturbeständigem Hydroxylapatit besteht, welches einen Schmelzpunkt
von über 1200 ◦ C hat, auf der anderen Seite aber lebende Zellen beherbergt, die schon bei leichten Temperaturerhöhungen geschädigt werden.
Eine biologisch sehr gut verträgliche Möglichkeit Knochen abzutragen
bieten gepulste CO2-Laser, die zusammen mit einem feinem Luftwasserspray verwendet werden. Das Modell des Ablationsprozesses basiert darauf, dass das Wasser im Knochen schnell verdampft wird und bei seiner
Ausdehnung den Knochen lokal in Mikroexplosionen zerreißt.
130
Es wurden Untersuchungen der Ablationseffizienz an kompakten Knochengewebe, welches auf verschiedene Weisen entwässert wurde, sowie
an reinem Hydroxylapatit durchgeführt. Hierfür wurde ein kurzgepulster
(FWHM = 50 ns) TEA CO2-Laser verwendet. Im Anschluß wurden die
Oberflächen der bestrahlten Proben mit Hilfe eines Rasterelektronenmikroskops untersucht. Hieraus können Rückschlüsse auf Unterschiede im
Ablationsmechanismus bei entwässerten und feuchten Knochen gewonnen werden.
vorgestellt, das Selbstfokussierung und die Erzeugung freier Elektronen
durch Multiphotonen- und Kaskadenionisation beschreibt. Das Modell
ist anwendbar auf isotrope dielektrische Medien.
In Bezug auf Anwendungen ultrakurzer Pulse in der refraktiven Augenchirurgie wie die fs-LASIK werden Ergebnisse des Modells in Wasser
als nichtlineares Medium vorgestellt. Wasser besitzt in guter Näherung
die optischen Eigenschaften der menschlichen Cornea. Bei der fs-LASIK
werden durch Fokussieren ultrakurzer Pulse in der Cornea gezielt optische Durchbrüche erzeugt, um dadurch einen Schnittprozess zu erreichen.
Form und Größe der erzeugten Schnitte können durch das Modell mit der
Überschreitung einer kritischen Dichte freier Elektronen in Verbindung
gebracht werden.
Q 46.2 Fr 11:15 HS 204
Untersuchungen zur Netzhautschädigung bei der refraktiven
Laser-Chirurgie am Auge — •Silvia Schumacher1 , Meike Sander1 , Holger Lubatschowski1 und Ute Kaim2 — 1 Laser Zentrum
Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover — 2Institut für Pathologie, Tierärztliche Hochschule Hannover, Bünteweg 17, 30559 Hannover
In jüngster Zeit werden mit Hilfe eines nahen infrarot (- 780 nm) ultrakurz Puls - Lasers refraktive chirurgische Operationen an der Hornhaut
des Auges durchgeführt (fs - LASIK). Durch die Fokussierung des Laserstrahls wird ein optischer Durchbruch erzeugt und somit das Hornhautgewebe am Fokuspunkt verdampft. Der Laserstrahl propagiert jedoch
weiter durch das Auge und kann auf weitere Gewebeschichten einwirken.
In der Netzhaut absorbieren insbesondere das retinale Pigmentepithel
und die Aderhaut einen relevanten Teil der Strahlung. Die Absorption
der Strahlungsenergie führt zu einer Temperaturerhöhung der Retina. In
unserem Experiment wird der Einfluss von Laserleistung, Bestrahlungsdauer und der numerischen Apertur auf die Erwärmung der Retina untersucht. Der damit verbundene Schädigungsgrad der Retina wird durch histologische Untersuchungen an Schweineaugen ermittelt und präsentiert.
Q 46.6 Fr 12:15 HS 204
Dreidimensional aufgelöste Elementanalyse durch Femtosekunden-laserinduzierte breakdown Spektroskopie — •Lars
Haag, Andreas Assion, Matthias Wollenhaupt, Fedor
Mayorov, Marc Winter, Lars Englert und Thomas Baumert
— Universität Kassel, Experimentalphysik III, Heinrich-Plett-Str. 40,
34132 Kassel
Wir haben durch die Verwendung von Femtosekunden-Laserpulsen und
die Kombination von laserinduzierter breakdown Spektroskopie (LIBS)
mit Mikroskopietechniken ein neues elementspezifisches in-situ Analyseverfahren entwickelt. Hohe räumliche Auflösung im Femto- bis Attoliterbereich und elementspezifische Sensitivität im mmol/l Bereich wurden
am Beispiel der spektrochemischen Analyse von gebundenem Calcium in
Pflanzenzellwänden demonstriert [1].
Dieses Verfahren soll zu einem dreidimensionalen Abbildungsverfahren
von Spurenelementen in biologischem Gewebe weiterentwickelt werden.
Da biologische Proben in der Regel eine komplexe Morphologie haben,
muss in einem ersten Schritt die Oberflächenstruktur abgebildet werden.
Mit einer geringen Laserpulsenergie nahe der Plasmaschwelle des Materials wird die Oberfläche punktweise abgetastet. Die dreidimensionale
Information wird anschließend verwendet, um gezielt mit fs-LIBS eine
Tiefenprofilierung von Spurenelementen vorzunehmen. Dieses neuartige
Konzept wird diskutiert und erste experimentelle Ergebnisse werden vorgestellt.
[1] A. Assion et al. Appl. Phys. B 77, 391 397 (2003)
Q 46.3 Fr 11:30 HS 204
Laserinduzierte Ablation von Festkörpern am Beispiel Plexiglas
— •Birgit A. Bittmann und Dr. Hans-Jochen Foth — TU Kaiserslautern, Fachbereich Physik, Erwin-Schrödinger Straße, 67663 Kaiserslautern
Aus der Zahnmedizin ist das Problem bekannt, dass ein Zahn, der
mit dem Laser behandelt wird, durch die thermische Einwirkung Spannungen ausgesetzt ist. Werden diese Spannungen zu groß, so können an
dem Zahn Mikrorisse oder sogar makroskopische Risse entstehen. Um eine erste Vorstellung von der Schädigung des umliegenden Materials bei
Festkörpern zu bekommen, wurde Plexiglas verwendet, da der gesamte Bereich von Abtrag und Schädigung aufgrund der Transparenz des
Materials einsehbar und vermessbar ist.
Plexiglasproben wurden mit einem CO2 -Laser beschossen, wobei Leistung und Bestrahlungsdauer variiert wurden. Mit einem Mikroskop wurde dann die Größe des Kraters und unter Ausnutzung der Spannungsdoppelbrechung der Verlauf des Schädigungssaumes ausgemessen. Bei Beschuss der Probe mit unterschiedlichen Pulsanzahlen konnte beobachtet
werden, dass nicht jeder Laserpuls die gleiche Menge an Material abgetragen hat. Desweiteren wurde das ausgeworfene Material mithilfe einer
Kurzzeitfotographiemethode beobachtet, um dadurch Auswurfgeschwindigkeit und Form des Auswurfkegels zu bestimmen.
Q 46.7 Fr 12:30 HS 204
Hochempfindliche Spurengasanalytik mit einem mobilen OPO
gestützten photoakustischen Spektrometer — •Frank Müller1 ,
Alexander Popp1 , Stephan Schiller2 und Frank Kühnemann1
— 1 Institut für Angewandte Physik, Universität Bonn, Wegelerstr.8,
53115 Bonn — 2 Institut für Experimentalphysik, Universität Düsseldorf,
Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf
Wir präsentieren ein transportables photoakustisches Spektrometer (1)
für die Analyse von Spurengasen mit Relevanz in Biologie, Medizin und
Umweltanalytik. Als Lichtquelle wird ein Dauerstrich pumpresonanter,
signalresonanter optisch parametrischer Oszillator, basierend auf periodisch gepoltem LiNbO3, verwendet. Das Design mit zwei unabhängigen
Resonatoren ermöglicht eine sehr gute Wellenlängendurchstimmung im
Bereich von 3100-3900 nm bei einer Ausgangsleistung von bis zu 2 x
100 mW. Bei einer Lock-In-Zeitkontanten von 30 s entspricht die Hintergrundschwankung einer minimal detektierbaren Absorption von 7.2 x
10−10 cm−1 . Die Nachweisgrenze z.B. für Ethan liegt damit bei etwa 25
ppt. Damit sind online-Analysen von Umgebungsluftproben möglich.
(1) F. Müller et al., Opt. Express 11 2820 (2003)
Q 46.4 Fr 11:45 HS 204
Klinische Ergebnisse bei PRK und LASIK mit einem reinen
Festkörper UV-Laser — •Marcel Kirsch, Matthias Lenzner,
Olaf Kittelmann, Rafal Zatonski und Georg Korn — Albert
Einstein Ring 7, 14532 Kleinmachnow
Ein reines Festkörperlasersystem wird für die refraktive Augenchirurgie
am menschlichen Auge benutzt. Anhand klinischer Daten (PRK, LASIK)
zeigen wir eine hervorragende Übereinstimmung zwischen erzieltem und
angestrebtem Ergebnis, eine hohe Sicherheit sowie feine Ablationsprofile
und eine schnelle Wundheilung.
Q 46.8 Fr 12:45 HS 204
Entwicklung eines gepulsten Faserverstärkers für ein BrillouinLIDAR — •Kai Schorstein und Thomas Walther — Technische
Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Physik, AG Laser und
Quantenoptik, Schlossgartenstr. 7, D-64289 Darmstadt
Zur Bestimmung des Temperaturprofils im Ozean kann ein BrillouinLIDAR genutzt werden. Die nötigen energiereichen Fourier limitierten
Laserpulse sollen von einem mehrstufigen gepulsten Faserverstärker erzeugt werden. Der Vortrag gibt eine kurze Übersicht über das Messverfahren und diskutiert Aufbau und Design des Faserverstärkers. Ferner
werden numerische Simulationen zum Faserverstärker vorgestellt.
Q 46.5 Fr 12:00 HS 204
Numerische Berechnungen zur nichtlinearen Propagation ultrakurzer Pulse in Wasser — •Cord Arnold1 , Alexander Heisterkamp1 , Holger Lubatschowski1 und Wolfgang Ertmer2 —
1
Laser Zentrum Hannover e.V., Hollerithallee 8, 30419 Hannover —
2
Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Am Welfengarten 1,
30167 Hannover
Wenn fs-Pulse mit Pulsenergien im Bereich von µJ auf eine Strahltaille
von wenigen µm fokussiert werden, werden leicht Intensitäten erreicht,
bei denen mit nichtlinearen Effekten gerechnet werden muss. Es wird ein
Modell zur Beschreibung der nichtlinearen Propagation ultrakurzer Pulse
131
Q 46.9 Fr 13:00 HS 204
Design und Test eines FADOF-Systems zur Messung von Temperaturprofilen von Wasser. — •Alexandru Popescu und Thomas Walther — TU Darmstadt, Institut für Angewandte Physik, AG
Laser und Quantenoptik, Schlossgartenstr. 7, D-64289 Darmstadt
Vorgestellt wird eine Möglichkeit aktiv Temperaturprofile von großen
Wasserflächen schnell und mit hoher Genauigkeit bis zu theoretischen
Tiefen von 100m zu bestimmen. Dazu soll ein Faraday-AnomalousDispersion-Optical- Filter-System aufgebaut und getestet werden. Es
nutzt die magnetfeldabhängige Rotation der Polarisation des Lichtes
beim Durchlaufen einer Atomgas-Zelle aus, um einen sehr schmalbandigen, abstimmbaren optischen Filter aufzubauen. Diese Filter sind in der
Lage kleine Frequenzverschiebungen bei einer Wellenlänge von 532 nm
mit einer Genauigkeit von einigen MHz aufzulösen. Dieses macht die Nutzung der Brillouin-Streuung im Wasser als Temperaturindikator möglich.
Der Filter ist durch seine Bauart unempfindlich gegenüber Vibrationen
und erlaubt den Einsatz in Flugzeugen oder Hubschraubern.
Arbeiten zur Simulation und experimentelle Realisation werden vorgestellt.
Q 47 Quanteneffekte IV
Raum: HS 218
Q 47.1 Fr 11:00 HS 218
Stabilität des gekickten Rotators mit Hilfe des Loschmidtechos
— •Florian Haug1 , Marc Bienert1 , Thomas H. Seligman2 ,
Mark G. Raizen3 und Wolfgang P. Schleich1 — 1 Abteilung
für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm — 2 Centro de Ciencas
Fı́sica, University of Mexico, Cuernavaca, Mexico — 3 Center for Nonlinear Dynamics and Department of Physics, The University of Texas at
Austin, Austin, TX 78712-1081
Das Loschmidtecho kann als mögliches Stabilitätskriterium für die Dynamik eines Systems sowohl in der klassischen als auch in der quantenmechanischen Beschreibung herangezogen werden. Dabei wird der Einfluß kleiner Störungen in der Hamiltonfunktion auf die Zeitentwicklung
des Systems betrachtet. Wir untersuchen mit Hilfe dieses Kriteriums
die Stabilität des quantenmechanischen gekickten Rotators. Nach einem
Vorschlag von A. Peres verwenden wir dazu den quantenmechanischen
Überlapp bzw. die Fidelity zweier leicht unterschiedlich propagierter Wellenfunktionen. Abhängig davon, ob der klassische Grenzfall des gekickten Rotators integrabel oder chaotisch ist, erwartet man unterschiedliche
Gesetzmäßigkeiten beim Fidelityzerfall. Wir zeigen dies anhand numerischer Simulationen und vergleichen diese mit den theoretischen Vorhersagen. Darüberhinaus diskutieren wir eine mögliche atomoptische Realisierung zur Messung des Loschmidtechos mit Hilfe eines Bose-EinsteinKondensats.
an ensemble of δ-kicked atoms, at quantum resonance conditions [2],
and in experimentally feasible parameter ranges [3]. While the fidelity
saturates in absence of noise, decoherence by spontaneous emission [2]
leads to a decay whose properties depend on the precise action of the
noise.
[1] A. Peres, Phys. Rev. A 30, 1610 (1984)
[2] S. Wimberger et al., Nonlinearity 16, 1381 (2003)
[3] S. Schlunk et al., Phys. Rev. Lett. 90, 054101 (2003)
Q 47.4 Fr 11:45 HS 218
Coherent backscattering of light by atoms in the saturated
regime — •Thomas Wellens1,2 , Benoit Gremaud2 , Dominique
Delande2 , and Christian Miniatura1 — 1 Laboratoire Ondes et
Désordre, FRE 2302 du CNRS, 1361 route des Lucioles, F-06560 Valbonne — 2 Laboratoire Kastler Brossel, Université Pierre et Marie Curie,
4 Place Jussieu, F-75005 Paris
We present the first calculation of coherent backscattering of light by
saturated atoms. We consider two distant atoms in free space, interacting
with a quasi-monochromatic laser pulse. By restricting ourselves to twophoton scattering processes, we employ a perturbative approach, valid
up to second order in the incident laser intensity. The backscattering
enhancement factor, i.e. the intensity detected in exact backscattering
direction divided by the background intensity, is found to be smaller
than two (after excluding single scattering). This indicates a loss of coherence between the doubly scattered light emitted by atom 1 and 2,
respectively. Since the undetected photon carries information about the
path of the detected photon, the coherence loss can be explained by a
which-path argument, in analogy to a double-slit experiment.
Q 47.2 Fr 11:15 HS 218
Quantum diffusion and spectral properties in the delta kicked
harmonic oscillator — •Andre R. R. Carvalho and Andreas
Buchleitner — Max-Planck-Institute for the Physics of Complex Systems, Nöthnitzer Str. 38, D-01187 Dresden
The classical delta kicked harmonic oscillator can exhibit very interesting phase space structures depending on the ratio between the oscillator
and the kicking frequencies. For rational values of this ratio, a stochastic
web covers the phase space following a crystal or quasi-crystal symmetry
while the energy of the system can grow in a diffusive (linear in time)
or anomalous way, depending on the initial condition. The quantum mechanical version of this model, that could be implemented in ion traps
experiments, can show different behaviors for the energy growth ranging
from complete localization to faster than classical diffusion. We analyze
the quantum diffusion scenario and its relation to the spectral properties
of the system. In particular, we study the role of an effective Planck’s
constant (which is related to the Lamb-Dicke parameter in ion traps) in
the different diffusion regimes.
Q 47.5 Fr 12:00 HS 218
Quantum optics of interferences in terms of the group SO(1, 2)
— •Hans Kastrup — DESY, Theorie Gruppe, Notkestr. 85, 22603
Hamburg
The interference pattern of two superposed optical amplitudes Aj =
|Aj | exp (i ϕj ), j = 1, 2, is esentially determined by the 3 quantities h0 =
I(1,2) = |A1||A2|, h1 = I(1,2) cos ϕ, h2 = −I(1,2) sin ϕ, ϕ = ϕ1 − ϕ2 which
parametrize the associated optical phase space S 2 = {φ mod 2π, I(1,2) >
0}. The Poisson brackets {hi, hj }ϕ,I(1,2) constitute the Lie algebra of the
group SO(1, 2). This implies that the quantum theory of the system can
be implemented in terms of (“positive discrete series”) irreducible unitary representations of that group, where the 3 classical functions hj are
replaced by self-adjoint operators Kj which are the basic quantum mechanical “observables” here. K1 and K2 “measure” the phase content of
appropriate states, e.g. coherent ones (there are 3 different types of coherent states in the framework of the group SO(1, 2) !) One important
prediction is that the classical Pythagorean relation h21 + h22 = h20 generally will be violated in the quantum theory. It should be possible to
test the theory in multiport quantum optical experiments. Ref.: quantph/0307069; Fortschr. Phys. 51(2003), 975.
Q 47.3 Fr 11:30 HS 218
Fidelity for δ-kicked atoms at quantum resonance — •Sandro
Wimberger1,2 and Andreas Buchleitner1 — 1 Max-PlanckInstitute for the Physics of Complex Systems, Nöthnitzer Str. 38,
D-01187 Dresden — 2 International Centre for the Study of Dynamical
Systems, Università degli Studi dell’ Insubria, Via Valleggio 11, I-22100
Como
A characteristic feature emanating from classical chaos displays in the
extreme sensitivity to changes of the system’s parameters. On the quantum level, one may therefore replace “sensitivity to initial conditions” by
“sensitivity to changes in the Hamiltonian” to characterise the stability
of quantum dynamics. A quantitative measure of the stability of quantum states with respect to changes in the Hamiltonian is the “fidelity”,
the overlap of two initially identical states which are exposed to distinct
evolutions [1].
We present analytical results on the time dependence of the fidelity for
Q 47.6 Fr 12:15 HS 218
Black hole analogues with (slow) light — •Ralf Schützhold1,2
and William G. Unruh2 — 1 Institut für Theoretische Physik, Technische Universität Dresden, 01062 Dresden — 2 Department of Physics
and Astronomy, University of British Columbia, Vancouver, British
Columbia, Canada V6T 1Z1
The main idea of black hole analogues is to consider an alternative
set-up based on laboratory physics which reproduces major features –
132
tional states of trapped atoms as well as field states in cavities. This
method is derived for Fresnel kernels and for a class of alternative intergral kernels, too. We analyze its properties, in particular, the connection
between the considered state and the measurement time that is necessary to reconstruct the Wigner function sufficiently well. Furthermore,
we generalize this approach to wave packets in arbitrary potentials.
such as Hawking radiation – while the underlying physics is (at least in
principle) well understood. Since we do not yet know the underlying description which unifies quantum field theory (such as electromagnetism)
and gravity, the investigation of such analogies might shed some light on
related problems, for example the trans-Planckian origin of the Hawking
radiation. While light in ordinary dielectrics can – at least in principle – be used to build an black hole analogue, it turns out that slow
light (electromagnetically induced transparency) cannot be used as an
analogue displaying Hawking radiation. Even though an appropriately
designed slow-light set-up may simulate classical features of black holes
– such as horizon, mode mixing, “Bogoliubov” coefficients, etc. – it does
not reproduce the related quantum effects.
Q 47.8 Fr 12:45 HS 218
Quantenmechanische Beschreibung und Experiment des Drehimpulsübertrages von Licht auf doppelbrechende Plättchen
— •W. Dultz1 , S. Arjmandi2 , K. Dholakia3 und H. Schmitzer2
— 1 Uni.Frankfurt(Main) — 2 Xavier Uni.Cincinnati — 3 Uni.St.Andrews
Schottland
Kleine doppelbrechende Plättchen in einer optischen Pinzette rotieren
durch den Drehimpulsübertrag vom Licht auf das Plättchen. Im Gegensatz zu Teilchen in der Form von Windmühlenflügel, die durch den Lichdruck rotieren, läßt sich der Drehsinn dieser kleinen Kristalle je nach
eingestrahlter Polarisation umkehren und es ergeben sich interessante
Anwendungen dieser Art optischer Steuerung. Wir berechnen den Drehimpulsübertrag mit Hilfe eines anschaulichen quantenmechanischen Modells auf der Poincare Kugel und zeigen, theoretisch und experimentell,
daß dieser ungleichmäßig sein kann, so daß die Plättchen !eiern!.
Q 47.7 Fr 12:30 HS 218
Kernel Representations of the Wigner Function — •Oliver
Crasser1 , Holger Mack1, Wolfgang P. Schleich1 , Pavel
Lougovski2,3 , Enrique Solano2,4 , and Herbert Walter2,3 —
1
Abteilung für Quantenphysik, Universität Ulm, 89069 Ulm, Germany
— 2Max-Planck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching, Germany
— 3 Sektion Physik, Ludwigs-Maximilian-Universität München, 85748
Garching, Germany — 4 Seccı́on Fı́sica, Departamento de Ciencias,
Pontificia Universidad Católica del Perú, Lima, Peru
We present a new approach to reconstruct the Wigner function of mo-
Q 48 Laserspektroskopie und Präsizionsmessungen
Raum: HS 221
Q 48.1 Fr 11:00 HS 221
Auf dem Weg zu einem optischen Frequenzstandard mit Al+
— •Piet O. Schmidt, Till Rosenband, Wayne M. Itano, James
C. Bergquist und D.J. Wineland — National Institute of Standards
and Technology, 325 Broadway, Boulder, CO 80305, USA
Wir berichten über Fortschritte beim Aufbau eines optischen Frequenzstandards basierend auf einem sympathetisch gekühlten Aluminiumion. Al+ ist hervorragend geeignet als ein stabiler und präziser Frequenzstandard da der 3 P0 −→1 S0 Übergang bei 267 nm sehr schmal
(∆ν/ν ≈ 10−18 ) und frei von statischen Quadrupolverschiebungen ist.
Wir planen ein Beryllium- und ein Aluminiumion gemeinsam in einer linearen Paulfalle zu fangen. Dem Berylliumion fallen hierbei zwei Aufgaben zu: es soll dazu verwendet werden das Aluminiumion sympathetisch
zu kühlen sowie den internen Zustand des Aluminiumions nach der Abfrage des Uhrenübergangs auszulesen [1]. Dazu werden die Zustandsamplituden des Aluminiumions mittels Verschränkung mit der Bewegung auf
das Berylliumion übertragen [2]. Dieser neuartige Ansatz reduziert den
technischen Aufwand für die Präparation des Uhrenions erheblich, der im
Falle von Aluminium einen Kühllaser bei 167 nm erfordern würde. Weitere als Frequenznormale geeignete Ionenarten [3], die bisher unzugänglich
waren, können im selben Aufbau untersucht werden.
[1] D. Wineland et.al., in Proc. 6th Symposium on Frequency Standards
and Metrology, St. Andrews, Scotland, Sept. 9-14, 2001
[2] J.I. Cirac and P. Zoller, Phys. Rev. Lett. 74, 4091 (1995)
[3] H.G. Dehmelt, IEEE Trans. Instr. Meas. IM-31, 83 (1982)
Q 48.3 Fr 11:30 HS 221
Nd:YAG Laser mit einer relativen Frequenzstabilität auf mHz
Niveau — •Mario Eichenseer, Alexander Nevsky, Joachim v.
Zanthier und Herbert Walther — Max-Planck-Institut für Quantenoptik
Ein einzelnes In+ Ion, das in einer RF-Falle gespeichert ist, stellt einen
der vielversprechendsten Kandidaten für einen optischen Frequenzstandard dar, mit einer erwarteten Ungenauigkeit von 10−18 . Um den 1 S0 −3P0
Uhrenübergang bei 236 nm (∆ν = 0, 8 Hz) anzuregen, benutzen wir die
zweimal frequenzverdoppelte Linie bei 946 nm eines diodengepumpten,
quasimonolithischen nichtplanaren Ringlasers (MISER). Um die Linienbreite und die Frequenzstabilität des Lasers zu verbessern, ist es notwendig, den Referenzresonator von mechanischen Vibrationen, akustischen
Schwingungen, Temperaturschwankungen und Laserleistungsfluktuationen bestmöglich zu isolieren. Eine geeignete Methode ist der Gebrauch
von aktiv schwingungsisolierten (ASI) Systemen. Wir erhalten mit Hilfe
einer doppelten Stabilisierung auf einen Referenzresonator eine absolute
Frequenzstabilität von etwa 1 Hz auf Zeitskalen von einigen Sekunden
und eine relative Frequenzstabilität auf mHz-Niveau.
Q 48.4 Fr 11:45 HS 221
Preparation of an Optical Frequency Standard for an Uncertainty Level of 10−16 — •Guido Wilpers, Christopher W. Oates,
and Leo Hollberg — National Institute of Standards and Technology,
325 Broadway, Boulder, Co. 80305, USA
We present a method to minimize the residual Doppler effect, which we
can use to reduce its relative uncertainty contribution by two orders of
magnitude to below 10−16 in our neutral atom calcium optical frequency
standard. The approach uses atom interferometry to isolate and quantify the various laser beam parameters that contribute to the residual
Doppler effect. We enhance the sensitivity by launching the ensemble of
microkelvin neutral atoms. We discuss the application of this method to
the clock transition of 40 Ca at 657 nm (with its extreme insensitivity to
external fields) to realize a frequency standard with a relative uncertainty
at the 10−16 level. We present recent absolute frequency measurements
of the Calcium clock transition. We discuss the implications of these results (in combination with measurements of the mercury ion standard)
for laboratory tests of drifts in fundamental constants.
Q 48.2 Fr 11:15 HS 221
Optischer Frequenzstandard mit 40 Ca+ -Ionen — •Michael
Chwalla, Jan Benhelm, Mark Riebe, Hartmut Häf fner,
Wolfgang Hänsel, Christian Roos, Ferd inand SchmidtKaler und Rainer Blatt — Institut für Experimentalphysik,
Universität Innsbruck, Technikerstrasse 25, A-6020 Innsbruck
Gefangene einzelne Ionen eignen sich aufgrund der definierten Umgebung in der Falle, der praktisch unbegrenzten Wechselwirkungszeit und
nahezu 100% Nachweiswahrscheinlichkeit des Quantenzustandes hervorragend zur Realisierung von optischen Frequenzstandards. Dafür haben
wir den Quadrupolübergang vom S1/2 Grundzustand von 40 Ca+ in das
metastabile D5/2 -Niveau bei 729 nm angeregt. Wir berichten über Messungen der Übergangsfrequenz mit Hilfe eines optischen Frequenzkammes und erreichen damit eine Genauigkeit im Bereich von 10−13 und eine
Reproduzierbarkeit von 5·10−14 in 104 s. Statistische und systematische
Fehler, wie etwa Lichtverschiebungen, Quadrupolverschiebung, Zeemaneffekt, usw. werden diskutiert.
Q 48.5 Fr 12:00 HS 221
Status des Gravitationswellendetektors GEO600 — •Harald
Lück und das GEO600 Team — Albert Einstein Institut, Universität
Hannover, Im kleinen Felde 30, 30167 Hannover
Die Empfindlichkeit der weltweit betriebenen interferometrischen Gravitationswellendetektoren (LIGO, VIRGO, TAMA, GEO) wird stetig
verbessert. So konnte auch das in deutsch/britischer Zusammenarbeit
133
erstellte Interferometer GEO600, welches sich mit einer Armlänge von
600 m in der Nähe von Hannover befindet, durch die Verwendung von
Signal Recycling deutlich verbessert werden. Dieser Vortrag wird neben
der Funktionsweise den aktuellen Stand des Experimentes erläutern.
Die erste Generation von laserinterferometrischen Gravitationswellendetektoren, zu denen der deutsch-britische Detektor GEO 600 zählt, ist
in Betrieb und wird zur Zeit in ihrer Empfindlichkeit optimiert.
Durch Einsatz von diffraktiven Optiken soll die Empfindlichkeit
zukünftiger Generationen von Gravitationswellendetektoren gesteigert
werden. Um das thermoelastische Rauschen zu reduzieren, sollen
transmissive Komponenten wie Strahlteiler und Resonatoreinkoppler
durch Reflexionsgitter ersetzt werden. Ausserdem können mit Hilfe von
Reflexionsgittern sogenannte Weisslichtresonatoren realisiert werden,
die ebenfalls zur Empfindlichkeitssteigerung des Detektors beitragen
können.
Konzepte und erste experimentelle Realisationen werden in diesem Beitrag vorgestellt.
Q 48.6 Fr 12:15 HS 221
Verwendung eines Kerr-Mediums im Interferometer —
•Henning Rehbein, Jan Harms, Karsten Danzmann und Roman
Schnabel — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Institut
für Atom- und Molekülphysik der Universität Hannover
In einem nichtlinearen Medium dritter Ordnung variiert der Brechnungsindex intensitätsabhängig. Es soll die quantenmachanische Behandlung einer Cavity mit einem solchen Medium vorgestellt werden, wobei
der Ansatz erweiterbar auf die LIGO-II Topologie bei hohen Laserintersitäten ist.
Zwei wesentliche Effekte sind zu betrachten. Zum einen kann unter
definierten Voraussetzungen eine bistabile Charakteristik des Systems
beobachtet werden. Das bedeutet, dass für einen Eingangszustand zwei
(oder mehr) Ausgangszustände möglich sind. An der Grenze zur Bistabilität ist eine starke Ausgangsphasenverschiebung bei Verstimmung der
Cavity zu erwarten. Dieser Effekt kann für Präzisionsmessungen ausgenutzt werden, z.B. bei Gravitationswellendetektoren.
Zum anderen ist die Erzeugung eines amplitudengequetschten Zustandes mit Hilfe des Kerr-Mediums möglich. Durch einen solchen nichtklassischen Zustand lässt sich das Quantenrauschen reduzieren.
Beide Effekte können nutzbringend im Interferometer eingesetzt werden.
Q 48.8 Fr 12:45 HS 221
Thermische Aktuation an optischen Elementen des Gravitationswellendetektors GEO600 — •Stefan Hild1 , Harald Lück1,
Karsten Danzmann1 und das GEO600-team1,2 — 1 Max PlanckInstitut für Gravitationsphysik (Albert-Einstein-Institut) und Universität Hannover, Callinstr. 38, 30167 Hannover — 2 Institute for Gravitational Research, Dept. Physics and Astronomy, University of Glasgow,
UK, G12 8 QQ
Durch gezieltes Erzeugen bestimmter Temperaturen bzw. Temperaturverteilungen in den Substraten (fused silica) der optischen Komponenten
des Gravitationswellendetektors GEO600 lässt sich dessen Performance
deutlich verbessern.
Konzepte, Simulationen und Stand der Realisierung werden für folgende drei Einsatzgebiete vorgestellt: 1) Kompensation der im Strahlteiler
durch Absorption erzeugten thermischen Linse. 2) Kompensation falscher
Krümmungsradien der Interferometerspiegel. 3) Bandbreitenregelung des
Signal-Recyclings bzw. Realisierung eines Spiegels mit einstellbarer Reflektivität.
Q 48.7 Fr 12:30 HS 221
Diffraktive Optiken für Gravitationswellendetektoren —
•Alexander Bunkowski, Oliver Burmeister, Roman Schnabel
und Karsten Danzmann — Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und Institut für Atom- und Molekülphysik der Universität
Hannover
Q 49 Ultrakurze Lichtimpulse: Quantenkontrolle (gemeinsame Sitzung mit Fachverband
MO)
Raum: HS 223
Q 49.1 Fr 11:00 HS 223
Convergence properties of the adaptive compression of highpower, broadband femtosecond laser pulses — •T. Witting1 ,
M. Köller2 , G. Tsilimis1 , J. Kutzner1 , H. Maurer2 , and H.
Zacharias1 — 1 Physikalisches Institut — 2 Institut für Numerische und
instrumentelle Mathematik, Westfälische Wilhelms-Universität Münster
A feedback controlled pulse shaping device has been implemented
and applied for compression of high-power, broadband Ti:Sapphire laser
pulses to their transform limit. The laser system consists of a mirror
dispersion controlled oscillator and a multipass amplifier with a pairing
double prism compressor providing pulses with a duration of 30 fs and an
energy of up to 1.2 mJ per pulse at 1 kHz repetition rate. These phase
distorted output pulses are phase modulated by an all reflective pulse
shaping unit equipped with a high resolution spatial light modulator
(SLM) resulting in 22 fs transform limited pulses. To achieve the shortest possible pulse an evolutionary algorithm controls the pulse shaper
utilizing a two-photon signal as feedback. Detailed investigations of algorithm parameters and their effect on convergence behaviour have been
performed and are comparable with the experimental findings.
crosscorrelation-FROG diagnostics and correction of the spectral phase
in the Fourier plane of a 4-f-setup with a liquid-crystal mask (”pulseshaper”), and by an evolutionary algorithm optimising the broadband
second harmonic signal in order to get the shortest pulses.
The application of these pulses for the measurement of wavepaket motions in an oxazine dye will be presented.
Q 49.3 Fr 11:30 HS 223
Formung und Strukturierung abstimmbarer ultravioletter
Femtosekundenimpulse — •Michael Wessolowski, Christian
Schriever, Kai Stock, Peter Baum, Stefan Lochbrunner und
Eberhard Riedle — LS für BioMolekulare Optik, Sektion Physik,
Geformte und strukturierte Femtosekunden-Laserimpulse spielen bei
der Untersuchung und der Kontrolle von ultraschnellen physikalischen
und chemischen Prozessen eine zentrale Rolle. Da viele organische Moleküle ihre elektronische Absorption im blauen und ultravioletten (UV)
Spektralbereich haben, ist es notwendig, geformte Impulse in diesem Bereich zu erzeugen. Es wird ein neues Schema zur Erzeugung solcher Pulse
vorgestellt und demonstriert. Mit einem nichtkollinear phasenangepaßten
optisch parametrischen Verstärker (NOPA), der von einem regenerativen Ti:Saphir Lasersystem (800 nm) gepumpt wird, werden abstimmbare
breitbandige Impulse im Wellenlängenbereich 450-700 nm erzeugt. Diese sub-20-fs Impulse werden mit einer Flüssigkristallmaske (CRI, 2*128
Pixel) in Phase und Amplitude moduliert. Der effiziente Transfer der
geformten sichtbaren Impulse ins UV wird durch Summenfrequenzmischung mit einem geeignet gestreckten Teil des Ti:Saphir Lichtes erreicht
[1]. Wir erzeugen im UV abstimmbare strukturierte Impulse mit Energien von einigen hundert Nanojoule und einer Länge der Substrukturen
von unter 30 fs.
[1] I. Z. Kozma, P. Baum, S. Lochbrunner, and E. Riedle, Opt. Express
23, 3110 (2003).
Q 49.2 Fr 11:15 HS 223
Control of phase and amplitude of 10 to 20 fs laser pulses
tunable in the visible spectral range — •Stephan Malkmus,
Constanze Sobotta, Jörg Neuhaus, Regina Dürr, and Markus
Braun — Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für
BioMolekulare Optik, Oettingenstraße 67, 80538 München
Wavepaket motions can be studied to gain temporal and structural
information of molecular movements from optical spectroscopy (besides
fs-time-resolved X-ray, raman and IR methods). Tunable pulses in the
10 fs range are a prerequisite for resolving high frequency modes above
1000 cm−1 .
We present a procedure of phase and amplitude optimisation of superbroad tunable ultrashort pulses generated by a non-collinear optical parametric amplifier (NOPA). This is obtained both, by direct
134
Q 49.4 Fr 11:45 HS 223
Quantenkontrolle durch ultraschnelle Polarisationspulsformung
— Tobias Brixner1 , Dirk Liese2 , Oksana Graefe2 , Christian
Horn2 , •Gerhard Krampert1 , Thomas Pfeifer1 , Reimer Selle1 , Matthias Wollenhaupt2 , Thomas Baumert2 und Gustav
Gerber1 — 1 Physikalisches Institut, Universität Würzburg, Am Hubland, 97074 Würzburg, Germany — 2 Experimentalphysik III, Universität
Gh Kassel, Heinrich-Plett-Str. 40, 34132 Kassel, Germany
Die Formung des zeitabhängigen Polarisationszustandes eines ultrakurzen Laserpulses wurde dazu verwendet, ein Quantensystem in einen
gewünschten Endzustand zu steuern. Kaliumdimere aus einem Molekularstrahl wurden benutzt, um zu zeigen, dass ein polarisationsgeformter Laserpuls die Ionisationsrate über das Maß hinaus erhöht, das mit
einem optimal geformten linear polarisierten Laserpuls erreicht werden
kann. Dies liegt an den Multiphoton-Ionisationswegen in K2. Diese enthalten Dipolübergänge, die unterschiedliche Polarisationrichtungen des
anregenden Laserfeldes bevorzugen. Dieses Experiment stellt eine qualitative Erweiterung des Spektrums der Quantenkontrollmechanismen dar,
die Zugang zur dreidimensionalen Kontrolle der Dynamik von Quantensystemen eröffnet.
[1] T. Brixner, G. Krampert, P. Niklaus, and G. Gerber, Appl. Phys. B
74, S133 (2002)
cycle IR laser pulse that drives the hydrogen away from its equilibrium
position in the electronic ground state or provides it with appropriate
momentum. After an optimized time delay, a second, few-cycle UV laser
pulse is applied, thus photodetaching an electron or exciting the system to
an unbound potential energy surface (PES). Evolution of the pre-excited
system on the excited surface results in bond-selective dissociation.
Exemplarily, two dimensional (2D) ab initio and quantum dynamical
simulations will be discussed for the symmetric FHF− molecule and other
asymmetric systems, like HOD and OHF− .
Q 49.7 Fr 12:30 HS 223
Optimale Kontrolle von Photoisomerisierungsreaktionen —
•Gerhard Vogt, Gerhard Krampert, Patrick Niklaus und
Neben Experimenten zur Optimalen Kontrolle in der Gasphase sind
verschiedene Prozesse auch in der flüssigen Phase untersucht worden.
Keines dieser Experimente hat allerdings bisher versucht die Veränderung
der geometrischen Molekülstruktur zu kontrollieren. Hier berichten wir
über die optimale Kontrolle der Photoisomerisierungsreaktion von in Methanol gelöstem 3,3-Diethyl- 2,2-Thiacyanine Iodide (NK88).
Die trans- zu cis-Isomerisierungsreaktion erfolgt mit einer bestimmten
Wahrscheinlichkeit nach der Anregung durch einen 400 nm Femtosekundenlaserpuls. Optimale, in Phase und Amplitude geformte Laserpulse
können sowohl eine Erhöhung als auch eine Verringerung der relativen
Ausbeute des cis- im Verhältnis zum trans-Isomers erzielen. Das dazu
benötigte Rückkopplungssignal für den Evolutionären Algorithmus wird
durch transiente Absorptionsspektroskopie bereitgestellt.
[1] T. Brixner, N.H. Damrauer, P. Niklaus, G. Gerber, Nature 414 (2001)
57
[2] A. Assion, T. Baumert, M. Bergt, T. Brixner, B. Kiefer, V. Seyfried,
M. Strehle, G. Gerber, Science 282 (1998) 919
Q 49.5 Fr 12:00 HS 223
Controlling Isotope Ratio Ionization with Shaped fs-Laser
Pulses — •Cosmin Lupulescu, Albrecht Lindinger, Mateusz
Plewicki, Stefan M. Weber, Andrea Merli, Franziska
Vetter , and Ludger Wöste — Institut für Experimentalphysik,
Freie Universität Berlin, Arnimallee 14, 14195 Berlin
Isotope selection is an issue of high interest in many fields of science. We
report the control of the isotope ratio ionization R = 39,39 K2+ /39,41 K2+ by
means of shaped laser pulses. This is achieved by combining pulse shaping techniques with evolutionary algorithms. The isotope ratio could be
maximized up to R = 72 or minimized to R = 0.5. Information about
the dynamics occurring on the optimal ionization path is gained from
the optimal laser fields. The applied optimization method and the results obtained for phase and/or amplitude modulated pulses at different
wavelengths will be discussed. The experiment demonstrates the general
feasibility of the optimization method for all isotopic molecules.
Q 49.8 Fr 12:45 HS 223
Laserkontrolle molekularer Schalter mit Cyclohexadien als aktivem Zentrum — •Dorothee Geppert1 , Lena Seyfarth1 , Angelika Hofmann2 und Regina de Vivie-Riedle1,2 — 1 Department Chemie, Ludwig-Maximilians-Universität München — 2 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, Garching
Bistabile Moleküle können als molekulare Schalter genutzt werden,
wenn ihre beiden Isomere unterschiedliche physikalische Eigenschaften
besitzen. Hin- und Rückreaktion können z.B. durch Laserpulse initiiert
werden. Eine Klasse möglicher Schalter beinhaltet Cyclohexadien (CHD)
als Chromophor. Die ultraschnelle Ringöffnung von CHD verläuft über
mehrere konische Durchschneidungen. Auf der Grundlage quantenchemischer und -dynamischer Untersuchungen ist es uns gelungen, die Reaktionsgeschwindigkeit zu steuern. Dies geschieht durch speziell geformte
fs-Laserpulse, die wir mit Hilfe der Optimal Control Theory berechnen.
Um dieses Konzept auf größere photochrome Systeme zu übertragen,
haben wir ein Modell entwickelt, das an experimentelle Daten angepasst
werden kann und alle wichtigen Merkmale der CHD-Ringöffnung beinhaltet. In diesem Modell ist eine Produktkontrolle über intermediäre Zielzustände möglich.
Q 49.6 Fr 12:15 HS 223
Quantum Control of Bond Breaking in Triatomic Systems using
Few-Cycle IR + UV Laser Pulses — •Nadia Elghobashi, Leticia González, and Jörn Manz — Institut für Chemie, Physikalische
und Theoretische Chemie, Freie Universität Berlin, Takustrasse 3, D14195 Berlin, Germany
Few-cycle infrared (IR) plus ultraviolet (UV) laser pulses can excite coherent vibrations, inducing selective dynamical changes in bond lengths,
momenta, etc. In symmetric molecules, these pulses can induce dynamical symmetry breaking. Here, such pulses shall be applied to triatomic
hydrogen-bonded molecules, XHY, to induce dynamical changes in bond
lengths which may lead to selective bond-breaking, i.e. XHY → X +
HY or XH + Y. The mechanism begins with an initial well-crafted, few-
Q 50 Gruppenberichte Laserspektroskopie
Raum: HS 224
Gruppenbericht
messen. Aus beiden optischen Frequenzmessungen lässt sich die zeitliche
Änderung von νH bezogen auf die Grundzustandshyperfeinaufspaltung
von 133 Cs (Cs-Uhr) mit (−8 ± 16) Hz/Jahr angeben, was bei νH ≈ 2644
THz einer relativen Frequenzänderung von (−3 ± 6) × 10−15 /Jahr entspricht. Mit diesem Ergebnis lässt sich unter Zuhilfenahme von optischen Frequenzmessungen an 199 Hg+ und quantenmechanischen Rechnungen ein Wert für die zeitliche Änderung der Feinstrukturkonstante
α angeben, ohne dass man Annahmen über den zeitlichen Verlauf des
Verhältnisses magnetischer Momente machen muss. Mit dieser Methode
ergibt sich für den Zeitraum von 1999 bis 2003 für α̇/α ein Wert von
(−1 ± 4) × 10−15 /Jahr (siehe arXiv: physics/0312086).
Q 50.1 Fr 11:00 HS 224
Neue Obergrenzen für die zeitliche Änderung von Naturkonstanten mittels Laserspektroskopie — •M. Zimmermann1 , M. Fischer1 , N. Kolachevsky1,2 , R. Holzwarth1 , Th. Udem1 , T.W.
Hänsch1,3 , M. Abgrall4 , J. Grünert4 , I. Maksimovic4 , S. Bize4 , H. Marion4 , F. Pereira Dos Santos4 , P. Lemonde4 , G.
Santarelli4 , P. Laurent4 , A. Clairon4 und C. Salomon5 —
1
Max-Planck-Institut für Quantenoptik, 85748 Garching — 2 P. N. Lebedev Physics Institute, Moscow, Russia — 3 Sektion Physik der LudwigMaximilians-Universität München — 4 BNM-SYRTE, Paris, France —
5
Laboratoire Kastler Brossel, ENS, Paris, France
Mit Präzisionsexperimenten wird derzeit nach einer möglichen zeitlichen Änderung von Naturkonstanten gesucht. 1999 und 2003 wurde in
unserem Labor die 1S-2S Übergangsfrequenz von atomarem Wasserstoff
νH mit Hilfe einer Cs-Fontänenuhr und der Frequenzkammtechnik ge135
Gruppenbericht
chung systematischer Frequenzverschiebungen im Hz-Bereich, kann aber
gleichzeitig als präziser Test der Identität einer atomaren Eigenschaft
an zwei individuellen Atomen interpretiert werden. Zwei zeitlich um 34
Monate getrennte Absolutfrequenzmessungen des Yb+ Übergangs ergeben eine Übereinstimmung auf 2 ± 9 Hz und damit eine 1σ-Grenze für
die relative zeitliche Drift dieser Frequenz gegenüber einer Cäsium-Uhr
von ±5 · 10−15 1/a. Kombiniert mit einer Messung am NIST, die eine
Frequenzdrift von unter ±7 · 10−15 1/a für die Frequenz von 1065 THz
des 2 S1/2 (F = 0) → 2 D5/2 (F = 2) Übergangs in 199 Hg+ fand (S. Bize
et al., Phys. Rev. Lett. 90, 150802 (2003)) läßt sich hieraus eine weitgehend modellunabhängige Grenze für eine mögliche zeitliche Drift der
Feinstrukturkonstanten von |d ln α/dt| < 2 · 10−15 1/a ableiten.
Q 50.2 Fr 11:30 HS 224
Optische Uhren mit Neutralatomen — •Uwe Sterr1 , Carsten Degenhardt1 , Christian Lisdat2 , Hardo Stoehr1 , Harald
Schnatz1 , Burghard Lipphardt1 , Jürgen Helmcke1 und Fritz
Riehle1 — 1 Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Bundesallee 100,
38116 Braunschweig — 2 Institut für Quantenoptik, Universität Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover
Ein aussichtsreicher Kandidat für die nächste Generation von Atomuhren sind Wolken ultrakalter Calcium-Atome, deren Interkombinationsübergang 1 S0 − 3 P1 , λ = 657 nm Referenz dient. Die große Anzahl
von 107 Absorbern bei einer Temperatur von ca. 10 µK, die simultan
abgefragt werden können, verspricht eine bisher unerreichte Stabilität
dieser Uhr, deren Quantenprojektionsrauschlimit bei σy (1s) < 10−16 liegen wird, sowie relative Unsicherheiten von ∆ν/ν < 10−15 .
Frequenzverschiebungen durch die Wechselwirkung der Atome untereinander, durch die Restbewegung und durch technische Einflüsse werden
diskutiert und ihre Auswirkung auf die jüngste optische Frequenzmessung, die zu Unsicherheiten von wenigen Hertz führte, werden dargestellt.
Weitere Verbesserungen sind durch eine, den Uhrenübergang nicht
verschiebende Speicherung eines ultrakalten Ensembles von CalciumAtomen in optischen Gittern bei der ’magischen Wellenlänge’ möglich.
Neueste Ergebnisse zum Einfang in optischen Fallen werden vorgestellt.
Gruppenbericht
Q 50.4 Fr 12:30 HS 224
Präzisionsmessungen in der Quantenoptik - atom interferometry at its best - — •Andreas Wicht1, Edina Sarajlic2 und
Steven Chu2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Heinrich-HeineUniversität Düsseldorf, Universitätsstr. 1, D-40225 Düsseldorf, Germany — 2 Stanford University, Department of Physics, Stanford, CA 94305,
USA
Die Atominterferometrie stellt ein hervorragendes Werkzeug der
Präzisionsspektroskopie dar. Als Beispiel wird das in Stanford betriebene Atominterferometrie-Experiment zur Präzisionsmessung der
Feinstrukturkonstanten vorgestellt, bei dem eine relative Genauigkeit
von wenigen ppb (10−9 ) erreicht wird. Bei diesem Experiment wird
mit hoher Präzision der Rückstoss gemessen, den ein Cs-Atom bei der
Absorption eines einzelnen Photons erhält.
Es wird gezeigt, dass die Präzisionsmessung der Feinstrukturkonstanten Anforderungen stellt, die mit den Möglichkeiten der “klassischen”
Laser-Präzisionsspektroskopie (noch) nicht zu erfüllen sind. Die der Atominterferometrie zugrunde liegenden Konzepte werden am Beispiel des
Experiments erläutert. Von großer Bedeutung ist die Elimination systematischer Fehler durch den Vergleich der Resultate mehrerer “ähnlicher”
Interferometer-Geometrien. Beispielhaft werden einige der wichtigsten
systematischen Fehler und ihre Analyse vorgestellt. Abschließend wird
über den aktuellen Stand der Arbeit berichtet und es wird ein Ausblick
auf die Möglichkeiten gegeben, die bisher erreichte Genauigkeit weiter zu
verbessern.
Gruppenbericht
Q 50.3 Fr 12:00 HS 224
Vergleiche atomarer optischer Frequenzen im sub-HertzBereich — •Chr. Tamm, B. Lipphardt, H. Schnatz, T.
Schneider und E. Peik — Physikalisch-Technische Bundesanstalt,
Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
Optische Frequenznormale mit gespeicherten Ionen können heute mit
einer Unsicherheit im Bereich weniger Hertz (d.h. 10−15 der Referenzfrequenz) vermessen und verglichen werden. Wir haben Frequenzvergleiche
mit dem 2 S1/2 (F = 0) → 2 D3/2 (F = 2) Übergang des 171Yb+ Ions bei
688 THz durchgeführt: Zwei in getrennten Fallen gespeicherte Ionen stimmen über eine Mittelungszeit von 2 Stunden bis auf eine Differenz von
0, 2 Hz in ihren Frequenzen überein. Die Instabilität des Differenzsignals
betrug σy (1000s) = 1, 0 · 10−15 . Dieses Experiment dient der Untersu-
Q 51 Quantengase IV
Raum: HS 225
Q 51.1 Fr 11:00 HS 225
Zwei-dimensionales Bose-Einstein-Kondensat aus Cäsium in einer optischen Oberflächenfalle — •Bastian Engeser1 , David
Rychtarik1 , Hanns-Christoph Nägerl1 und Rudi Grimm1,2 —
1
Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, A-6020 Innsbruck, Österreich — 2 Institut für Quantenoptik und
Quanteninformation, Österreichische Akademie der Wissenschaften, A6020 Innsbruck, Österreich
Bose-Einstein-Kondensate aus Cäsium bieten vielfältige experimentelle Möglichkeiten, da sich die Wechselwirkung zwischen den Atomen
über einen weiten Bereich hinweg magnetisch abstimmen lässt. Wir
können Cäsium-Kondensate in einer optischen Falle herstellen, in der
die Atome nur wenige Mikrometer von einer dielektrischen Oberfläche
entfernt gefangen sind [1]. Unsere Falle basiert auf der Dipolkraft einer
evaneszenten Welle und besitzt ein stark anisotropes Fallenpotential.
Dadurch ist es möglich, das Kondensat in ein zwei-dimensionales
Regime zu bringen, in dem die Bewegung der Atome in der stark
eingeschlossenen Richtung von der Nullpunktsbewegung dominiert
wird. Der experimentelle Nachweis von Quantenentartung und Zweidimensionalität erfolgt über einen magnetisch induzierten Kollaps bei
negativer Streulänge bzw. über die Beobachtung der Nullpunktsenergie
bei Expansionsmessungen.
condensates in magnetic or optical waveguides. A natural question that
arises in this context from the mesoscopic point of view concerns the
transmission through waveguide geometries in presence of one or more
constrictions.
We address this problem by means of a numerical approach which is
based on the Gross-Pitaevskii equation and employs absorbing boundary conditions as well as an inhomogeneous source term in order to
obtain a stationary flow of condensate. With this approach, we discuss
the transmission properties of the condensate in waveguides with a single
constriction (quantum point contact [2]) as well as the resonant transport
through a double barrier potential, acting as a Fabry-Perot-like interferometer for the condensate [3].
[1] H. Ott et al., Phys. Rev. Lett. 87, 230401 (2001); J. Schmiedmayer
et al., J. Mod. Optics 47, 2789 (2000); W. Hänsel et al., Nature 413, 498
(1999).
[2] J.H. Thywissen, R.M. Westervelt and M. Prentiss, Phys Rev Lett
83 3762 (1999)
[3] J. Fortagh and C. Zimmermann, Physik Journal, Juni 2003
Q 51.3 Fr 11:30 HS 225
Thermal spin flip rates of atoms near wires — •Stefan Scheel,
Per-Kristian Rekdal, Peter L. Knight, and Edward A. Hinds
— Quantum Optics and Laser Science, Blackett Laboratory, Imperial
College London, Prince Consort Road, London SW7 2BW, UK
We will derive the spontaneous and thermal spin flip rates for an atom
trapped above a current-carrying wire. By means of quantizing the electromagnetic field in dielectric surroundings, it is shown that this spin flip
rate can be expressed in terms of the Green function of the associated
classical scattering problem. We compare our numerical results with the
experiments in [1] and find them to be in good agreement. With this
theory, we are able to predict trapping lifetimes in future miniaturized
[1] D. Rychtarik et al., cond-mat/0309536
Q 51.2 Fr 11:15 HS 225
Transport of Bose Einstein Condensates through Mesoscopic
Waveguides — •Tobias Paul, Peter Schlagheck und Klaus
Richter — Institut für theoretische Physik, Universität Regensburg
The rapid progress of atomic chip technology [1] opens the perspective for a variety of experiments probing the transport of Bose-Einstein
136
atom chip experiments and derive associated scaling laws.
[1] M.P.A. Jones, C.J. Vale, D. Sahagun, B.V. Hall, and E.A. Hinds,
Phys. Rev. Lett. 91, 080401 (2003).
dem zuerst jedes Atompaar in eine kohärente Überlagerung zweier interner Zustände gebracht und anschließend die Wechselwirkungsstärke zwischen diesen Zuständen mit Hilfe einer Feshbachresonanz verändert wird.
Diese selektive Änderung der Streulänge zweier Zustände führt zu einer
Verschränkungsdynamik des Gesamtzustandes, die mittels eines RamseyIntereferenzexperimentes sichtbar gemacht werden kann. Die Zeitskala
der Verschränkungsdynamik erlaubt Rückschlüsse auf die Wechselwirkungseigenschaften im elastischen Kanal der verwendeten Feshbachresonanz. Die beobachtete Verschränkungsdynamik ermöglicht ferner eine
nicht-destruktive Trennung von einfach und doppelt besetzten Gitterplätzen im optischen Gitter.
Q 51.4 Fr 11:45 HS 225
Decoherence of cold atomic gases in magnetic micro-traps —
•Christian Schroll, Wolfgang Belzig, and Christoph Bruder
— Universität Basel, Department für Physik und Astronomie, Klingelbergstr. 82, CH-4056 Basel, Schweiz
We derive a model to describe decoherence of atomic clouds in atomchip traps taking the excited states of the trapping potential into account.
We use this model to investigate decoherence for a single trapping well
and for a pair of trapping wells that form the two arms of an atom interferometer. Including the discrete spectrum of the trapping potential
gives rise to a decoherence mechanism with a decoherence rate Γ that
scales like Γ ∼ 1/r04 with the distance r0 from the trap minimum to the
wire.
Q 51.7 Fr 12:30 HS 225
Materiewellen-Licht-Hybrid-Gyroskop basierend auf Dunkelzustandspolaritonen: Vorteile und Grenzen — •Frank Zimmer und
Michael Fleischhauer — TU Kaiserslautern, Fachbereich Physik
Der Vorteil eines Materiewellen-Gyroskops im Vergleich zu einem
Laser-Gyroskop ist die kurze Wellenlänge der de-Broglie-Wellen, was zu
einer höheren Empfindlichkeit pro eingeschlossener Fläche führt. Dieser
wird jedoch durch die grosse Fläche von Laser-Gyroskopen kompensiert.
Wir stellen ein Hybrid-Gyroskop vor, dass die Vorteile beider GyroskopTypen verbindet und bestimmen die optimalen Arbeitsbedingungen am
Schrotrauschlimit. Ausserdem werden limitierende Einflüsse der Temperatur und geschwindigkeitsverändernder Stöße diskutiert. Die sich daraus ergebende höchstmögliche Empfindlickheit wird mit state-of-the-art
Laser- und Materiewellen-Gyroskopen verglichen.
Q 51.5 Fr 12:00 HS 225
On-Chip-Laboratorium für Bose-Einstein-Kondensate —
•Andreas Günther, Sebastian Kraft, Christian Trück,
Claus Zimmermann und József Fortágh — Physikalisches Institut
der Universität Tübingen, Auf der Morgenstelle 14, 72076 Tübingen
Wir haben einen Dual-Layer-Atomchip entwickelt, der ein komplettes On-Chip-Laboratorium für ultrakalte Atome und Bose-EinsteinKondensate darstellt. Auf dem Chip befindet sich eine Vielzahl atomoptischer Elemente, welche über einen Wellenleiter miteinander verbunden sind. Vorgestellt werden die dreidimensionale Positionierung der
Atomwolken über dem Chip, mit deren Hilfe die Mikrofallen befüllt werden, sowie aktuelle Experimente an diesen durch Goldleiterbahnen erzeugten Mikrofallen.
Q 51.8 Fr 12:45 HS 225
Towards single-atom detection in an atom laser beam — •Anton
Öttl, Stephan Ritter, Michael Köhl, and Tilman Esslinger —
Institut für Quantenelektronik, ETH Zürich, CH-8093 Zürich
We are currently setting up an experiment that will allow us to measure
the coherence properties of an atom laser beam, in particular higher order correlation functions. The temporal two particle correlation function
is expected to change upon crossing the phase-transition from a thermal
to a quantum degenerate atomic sample. In order to investigate this signature, time-resolved single-atom detection is an essential prerequisite.
We will employ a method of Cavity QED where the presence of a single
atom inside an ultra-high finesse optical resonator is probed via a weak
near-resonant laser beam.
Our new experimental setup focuses on the production of an 87Rb
Bose-Einstein condensate close to a high-finesse cavity. The atom laser
beam will be continuously output coupled from the condensate and directed into the gap between the two cavity mirrors. The current status
of the experiment will be reviewed.
Q 51.6 Fr 12:15 HS 225
Verschränkungs-Interferometrie für Präzisionsmessungen von
atomaren Wechselwirkungseigenschaften — •A. Widera1,2,3 , O.
Mandel1,2,3 , M. Greiner4 , S. Kreim1,2,3 , T. W. Hänsch1,2 und I.
Bloch3,1,2 — 1 LMU München — 2 MPI für Quantenoptik, Garching —
3
Universität Mainz — 4 JILA, Boulder, CO
Die genaue Kenntnis über mikroskopische Wechselwirkungen zwischen
Teilchen ist essentiell für das Verständnis vieler physikalischer Effekte. In
diesem Vortrag wird ein Zwei-Teilchen Materiewellen-Interferometer vorgestellt, das es erlaubt, Wechselwirkungsparameter zwischen Neutralatomen sehr genau zu messen. Verwendet werden isolierte Paare von 87 Rb
Atomen, die je an einem Gitterplatz eines dreidimensionalen optischen
Gitterpotentials lokalisiert sind. Das Interferometer wird realisiert, in-
Q 52 Postdeadline
Raum: HS 225
sermediums und niedriger Pumpleistungsdichte eine hohe Kleinsignalverstärkung erzielt.
Q 52.1 Do 20:00 HS 225
Neuartiger Komposit-Slablaser mit 12 W Ausgangsleistung und
guter Strahlqualität — •Hagen Zimer, Björn Langer und Ulrich Wittrock — University of Applied Sciences Münster, Laboratory
for Photonics, Stegerwaldstrasse 39, D-48565 Steinfurt, Germany
Wir stellen erste Laser- und Verstärkerexperimente mit einem neuartigen, sehr kompakten YV O4/Nd:YV O4 -Komposit-Slablaser mit 12 W
Ausgangsleistung und guter Strahlqualität vor. Der Laser besteht aus
einem nur 300 µm dünnen Nd:YV O4-Plättchen, welches durch thermisches Diffusionsbonden fest mit einem rechteckigen, undotierten YV O4Kristall von 11 mm x 10.5 mm x 1.5 mm verbunden ist. Die durch den
Pumpprozess induzierte Wärme wird über die gegenüberliegende Fläche
des Plättchens in eindimensionaler Richtung abgeführt, so dass das resultierende Temperaturprofil dem Laserstrahl keine thermo-optischen Aberrationen aufprägt. Das Pumplicht eines 809 nm Diodenlaserbarrens wird
ohne Kollimations- und Strahlformungsoptiken in den undotierten Teil
des Laserkristalls eingekoppelt. Dort wird es durch interne Totalreflexion
zum angebondeten Nd:YV O4 -Plättchen geführt und absorbiert. Der Laserstrahl selbst wird seitlich unter streifendem Einfall in den undotierten
Laserkristall eingekoppelt und erfährt Totalreflexion an der gekühlten
Fläche des Nd:YV O4-Plättchens. Einerseits führt dies zu einem großen
räumlichen Überlapp zwischen dem Lasermode und dem gepumpten Bereich, und damit zu einer hohen optischen Transfereffizienz. Andererseits
wird aufgrund der effektiv größeren Verstärkungslänge trotz dünnen La-
Q 52.2 Do 20:10 HS 225
A test of Lorentz Invariance with actively rotated cryogenic resonators — •Piergiorgio Antonini, Maxim Okhapkin, Ingo Ernsting, Ertan Göklü, Andreas Wicht, and Stephan Schiller —
Universität Düsseldorf, Intitut für Experimentalphysik
The effort to unify all forces of nature requires improved tests of the
Principles underlying the General Relativity. Among these is Lorentz
Invariance. Laboratory tests of Lorentz Invariance for electromagnetic
waves are performed by measuring the resonance frequencies of electromagnetic resonators as function of their speed or orientation with respect
to an assumed preferred frame. We describe the development and the
results of an experiment using two independent Nd:YAG lasers whose
frequencies are stabilised to the resonance frequencies of two cryogenic
optical resonators (COREs), operated at a temperature below 4 K. The
apparatus is actively rotated.
137
Q 52.3 Do 20:20 HS 225
Nichtlineare Dynamik und Chaos in einem regenerativen
Yb:Glas-Verstärker — •Jochen Dörring1 , Alexander Killi1 ,
Uwe Morgner1 , Alex Lang2 , Max
Lederer2 und Daniel
2
1
Kopf — Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg
1, 69117 Heidelberg, Deutschland — 2 High-Q-Laserproduction,
Kaiser-Franz-Josef-Str. 61 - A-6845 Hohenems, Österreich
Wir berichten über Instabilitäten im Ausgangs-Pulszug eines
regenerativen Verstärkers (RV), wenn er bei Auskoppelraten in
der Größenordnung der Lebensdauer des oberen Laserniveaus betrieben wird (1 bis 10 kHz). Der RV besteht aus einem direkt
diodengepumpten Yb:Glas und einem elektro-optischen Modulator
mit Dünnschichtpolarisator und wird als aktiv-gütegeschalteter
kontinuierlicher Laser betrachtet.
Es wurden Pulsenergien von bis zu 620µJ bei einer Dumpingrate von 1
kHz gemessen. Es werden als Funktion der Verweildauer im RV typische
Periodenverdopplungssequenzen in der Pulsenergie bis ins chaotische Regime beobachtet. Die korrespondierenden Lösungen der Ratengleichungen erlauben einen tieferen Einblick in die Dynamik und zeigen, dass
die Existenz der dynamischen Zustände auf die Tatsache zurückzuführen
ist, dass das Gewinnmedium bei hohen Auskoppelraten nicht ausreichend
Energie während des Pumpvorganges aufnehmen kann.
Q 52.6 Do 20:50 HS 225
Tonks gas in an optical lattice — •Belén Paredes1 , Artur
Widera1,2,3 , Valentin
Murg1 , Olaf
Mandel1,2,3 , Simon
Fölling1,2,3 , Ignacio Cirac1 , Gora V. Shlyapnikov4 , Theodor
W. Hänsch1,2 , and Immanuel Bloch1,2,3 — 1 Max-Planck-Institut
für Quantenoptik, D-85748 Garching, Germany. — 2 Sektion Physik,
Ludwig-Maximilians-Universität, Schellingstrasse 4/III, D-80799 Munich, Germany. — 3 Institut für Physik, Johannes Gutenberg-Universität,
D-55099 Mainz, Germany. — 4 Laboratoire Physique Thèorique et
Modèles Statistique, Université Paris Sud, Bâ
Strongly correlated quantum systems are among the most challenging and intriguing systems in physics. Here the Tonks-Girardeau gas
proposed about 40 years ago, is especially remarkable. In such a gas,
bosonic particles are confined to one dimension, and they are prevented
to be at the same position in space due to the strong repulsive interactions between them. This mimics Pauli’s exclusion principle, resulting
in pronounced fermionic properties of the bosonic particles. Interestingly
however, these fermionized bosons do not exhibit either completely ideal
bosonic or fermionic quantum behaviour, which is for example reflected in
their characteristic momentum distribution. Here we report on the preparation of a Tonks-Girardeau gas in an optical lattice. We measure the
momentum distribution and compare it with our theoretical prediction
based on a fermionization approach, observing a remarkable agreement.
Q 52.4 Do 20:30 HS 225
Femtosekunden-Laser induzierte Wellenleitung in Ti3+aktiviertem Saphir — •Markus Pollnau1 , Vasileios Apostolopoulos1 , Laetitia Laversenne1 , Roberto Osellame2 ,
Giulio Cerullo2 und Paolo Laporta2 — 1 Swiss Federal Institute
of Technology, Advanced Photonics Laboratory, Lausanne, Switzerland
— 2 Dipartimento di Fisica, Politecnico di Milano, Italy
Wir zeigen erstmals, dass die gezielte Dotierung eines Saphir-Kristalls
mit einem geeigneten, optisch aktiven Ion die Schwelle fuer das Auftreten
struktureller Veraenderungen nach Anwendung ultrakurzer Lichtpulse in
signifikanter Weise reduziert und so das Schreiben von dreidimensionalen
Wellenleiter-Strukturen ermoeglicht. Die Wellenleitung tritt in einer der
Struktur-Veraenderung benachbarten Region auf, was auf eine Stressinduzierte Erhoehung des Brechungsindex schliessen laesst. Wir haben
passive und aktive Kanal-Wellenleitung in Ti3+-dotiertem Saphir demonstriert und die gefuehrten Moden und Lumineszenz-Spektren untersucht. Die Brechungsindex-Aenderungen wurden mittels digitaler Holographie vermessen. Gezielte Dotierung mit optisch aktiven Ionen koennte
die Femtosekunden-Laser-Bearbeitung und das Schreiben von Wellenleitern in vielen kristallinen Materialien ermoeglichen.
Q 52.7 Do 21:00 HS 225
Atom Interferometry with Trapped Fermi Gases — •Herwig
Ott, Estafania de Mirandes, Francesca Ferlaino, Giacomo
Roati, Giovanni Modugno, and Massimo Inguscio — LENS and
Dipartimento di Fisica, Università di Firenze, and INFM, Via Nello Carrara 1, 50019 Sesto Fiorentino, Italy
We present the realization of an atomic interferometer by trapping a
non interacting Fermi gas of 40 K atoms in an optical lattice (λ = 873
nm) aligned along gravity [1]. The single particle interference arises from
the coherent superposition of the localized eigenstates of the lattice and
leads to Bloch oscillations of the atoms. We can follow more than 100
oscillations and from the measured Bloch oscillation period T = 2h/mgλ
we can extract the gravitational acceleration g with a precision of 100
ppm. An identical experiment using a Bose Einstein condensate of 87Rb
atoms reveals a strongly reduced visibility of the fringes. This is due to
the interaction which destroys the interference after a few oscillations.
Our experiment proofs the superiorness of non interacting fermions with
respect to interacting bosons in the direction of realizing precision interferometry with ultracold trapped atoms.
[1] G. Roati, E. de Mirandes, F. Ferlaino, H. Ott, G. Modugno, and
M. Inguscio, cond-mat/0402328.
Q 52.5 Do 20:40 HS 225
Bose-Einstein Kondensation bei konstanter Temperatur
— •Michael Erhard, Holger Schmaljohann, Jochen
Kronjäger, Kai Bongs und Klaus Sengstock — Institut für
Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, D-22761
Hamburg
Wir stellen einen neuartigen und zu bisherigen Realisierungen gegensätzlichen experimentellen Zugang zur Bose-Einstein Kondensation
vor [1]. Während bisherige Experimente den Phasenübergang durch Absenken der Temperatur bei sinkender Teilchenzahl erreichen (Evaporation), beobachten wir das Entstehen eines Bose-Einstein Kondensats
(BEC) durch Erhöhung der Teilchenzahl N bei annähernd konstanter
Temperatur — ausgehend von N = 0.
Das betrachtete System ist ein F=1 Spinorkondensat aus 87 Rb mit
den drei Unterzuständen mF = −1, 0, +1. Nach der Präparation einer
mF = ±1-Mischung führt Spindynamik zu einem Populationstransfer in
die mF = 0-Komponente. Aufgrund der im Vergleich zu Systemzeitskalen
schnellen Thermalisierungsrate findet das im thermischen Gleichgewicht
mit dem Reservoir mF = ±1 statt. Wir präsentieren experimentelle Ergebnisse zum Entstehen eines neuen mF = 0-BEC und vergleichen sie
mit Lösungen eines einfachen Ratengleichungsmodells.
Das vorgestellte System dient als Einführung in neuartige Physik der
Thermodynamik mehrkomponentiger Quantengase bei endlichen Temperaturen.
[1] M. Erhard et al., cond-mat/0402003
Q 52.8 Do 21:10 HS 225
Damping and frequency shifts of collective modes in thermal
clouds of 87 Rb — •Christian Buggle, Wolf von Klitzing, and
Jook T.M. Walraven — FOM Institute for Atomic and Molecular
Physics, Kruislaan 407, 1098 SJ Amsterdam
We have studied the frequency ωQ and damping rate ΓQ of the m = 0
quadrupole-monopole shape oscillation in thermal clouds of 87 Rb confined
in an elongated
√ harmonic trap as a function of the central elastic collision
rate τc−1 = 2 n0 v̄th σ. We observe the full crossover from the collision<
<
less to the hydrodynamic regime, covering the range 0.02 ∼ ωz τc ∼ 5
with ωz /2π the axial trap frequency. We find good agreement with the
predictions of the kinetic theory for collective oscillations in harmonic
traps. The measurements were done with both phase contrast imaging
and absorption imaging. Accurate control over ωz τc is of vital importance because the total crossover-change in frequency is only 29%, with
q
12/5 ωz < ωQ < 2 ωz , and the quadrupole frequency shifts rapidly near
the crossover point ( d log ωQ /d log τc = 0.12 ).
Q 52.9 Do 21:20 HS 225
Korrektur von Adressierungsfehlern in einer linearen Ionenfalle
— •Wolfgang Hänsel1 , Michael Bacher1 , Hartmut Häffner1 ,
Christian F. Roos1 , Mark Riebe1 , Christoph Becher1 , Ferdinand Schmidt-Kaler1 und Rainer Blatt1,2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Universität Innsbruck, Technikerstraße 25, A-6020 Innsbruck, Austria — 2 Insitut für Quantenoptik und Quanteninformation,
Österreichische Akademie der Wissenschaften, Technikerstraße 25, A6020 Innsbruck, Austria
138
Quantenrechnen mit Ionenketten in linearen Paulfallen erfordert die selektive Anregung einzelner Ionen mit Laserlicht. Unvermeidbares Streulicht auf den nichtadressierten Ionen führt dabei zu Fehlern, die linear
mit der Rabifrequenz, also nur wurzelförmig mit der residuellen Lichtintensität abnehmen. Allein mit verbesserter Optik lassen sich daher die
Adressiergenauigkeiten, wie sie die immer komplexer werdenden Algorithmen und eine wachsende Ionenzahl erfordern, schwer realisieren. Eine neue Technik, die neben den klassischen Rabioszillationen zusätzlich
den AC-Stark-Effekt nutzt, ermöglicht Fehler quadratisch in der Rabifrequenz, d.h. linear in der Intensität. In ersten Experimenten konnten wir
damit den Adressierungsfehler von einigen Prozent auf wenige Promille
reduzieren.
by a system of N ions in a linear trap, interacting with an incident π-pulse,
can be used to implement a quantum search algorithm. We demonstrate
that just two measurements are sufficient to identify a non-radiating isotope in the chain instead of performing N/2 classical querries.
Q 52.11 Do 21:40 HS 225
Nonlocal resources in the presence of Superselection Rules
— •Norbert Schuch, Frank Verstraete, and Ignacio Cirac
— Max-Planck-Institut für Quantenoptik, Hans-Kopfermann-Str.1, D85748 Garching
Superselection rules severely alter the possible operations that can be
implemented on a distributed quantum system. Whereas the restriction
to local operations imposed by a bipartite setting gives rise to the notion
of entanglement as a nonlocal resource, the superselection rule associated
with particle number conservation leads to a new resource, the superselection induced variance of local particle number. We show that, in the
case of pure quantum states, one can quantify the nonlocal properties by
only two additive measures, and that all states with the same measures
can be asymptotically interconverted into each other by local operations
and classical communication. Furthermore, we discuss how these concepts
can be extended to mixed state entanglement and how the new resource
can be used to overcome the restrictions imposed by the superselection
rule.
Q 52.10 Do 21:30 HS 225
Nonclassical Imaging for a Quantum Search of Ions in a Linear
Trap — •Gombojav O. ARIUNBOLD1,2 , Girish S. Agarwal1,3 ,
Joachim von Zanthier1,4 , and Herbert Walther1,4 — 1 MaxPlanck-Institute for Quantum Optics, Hans-Koppfermann Str. 1, D85748, Garching, Germany — 2 Theoretical Physics Laboratory, National
University of Mongolia, 210646, Ulaanbaatar, Mongolia — 3 Physical Research Laboratory, Navrangpura, Ahmedabad-380 009, India — 4 Sektion
Physik der LMU, D-85748, Garching, Germany
We show how photon-photon spatial correlations in the light emitted
139
STRAHLENPHYSIK UND STRAHLENWIRKUNG (ST)
Prof. Dr. Herwig G. Paretzke
Institut für Strahlenschutz
GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit
Ingolstädter Landstraße 1
85764 Neuherberg
Die diesjährigen Sitzungen des FV ST wurden zusammen mit PD Dr. Brix, BfS, und Prof. G. Kraft, GSI, mit den Schwerpunkten Physikalische Verfahren der biomedizinischen Bildgebung“ und Biophysikalische Aspekte der Strahlentherapie
”
”
insbesondere mit Ionenstrahlen“ zusammengestellt. Sie sollen die bereits heute vielseitigen und wichtigen Anwendungen der
Physik in der Medizin, aber auch die vielen offene Fragen und Verbesserungsnotwendigkeiten deutlich zu machen, die noch
intensiver Forschungsarbeiten bedürfen. Außerdem beteiligt sich der FV ST am Symposium des AK Energie über Strahlenwirkungen (s.u.).
Die hohe räumliche und zeitliche Auflösung moderner Schnittbildverfahren bietet die Möglichkeit, Gewebe und Organe von
Lebewesen über Anatomie und Morphologie hinaus auch bezüglich ihrer funktionellen Eigenschaften – wie z.B. der Durchblutung und bestimmter Stoffwechselprozesse – zu charakterisieren und diese Informationen für die Erfassung pathologischer
Veränderungen sowie für die Therapieplanung und das Therapiemonitoring zu nutzen. Besondere Bedeutung kommt hierbei der Computer-Tomographie (CT), der Magnetresonanz-Tomographie (MR) und der Positronen-Emissions-Tomographie
(PET) zu.
Die in der ersten Sitzung zusammengefassten Hauptvorträge geben einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen bei
diesen Schnittbildverfahren. In den anschließenden Fachsitzungen zu diesem Thema werden Vorträge zu speziellen Fragestellungen gegeben. Anschließend sollen Möglichkeiten diskutiert werden, wie auch zukünftig medizinisch-physikalische Themen
in die Sitzungen des FV ST integriert werden können.
Zu den enormen Möglichkeiten der modernen Strahlentherapie bei Krebserkrankungen wird Prof. Schlegel bereits am Montag
einen Plenarvortrag halten. In den Hauptvorträgen und Fachsitzungen zu weiteren physikalischen Aspekten der Strahlentherapie am Donnerstag wird insbesondere die Strahlentherapie mit Strahlen schwerer Ionen (z.B. GSI, Darmstadt) im Zentrum
der verschiedenen Vorträge und Diskussionen stehen.
Strahleneinwirkungen auf Menschen und Tiere könnnen aber auch zu Krebserkrankungen führen, was u.a. sowohl in der
Medizin als auch in der Energietechnik von großer Bedeutung bei der Bewertung verschiedener Optionen ist. Deshalb beteiligt
sich der FV ST stark am Symposium des AK Energie Neue Erkenntnisse über die biophysikalsichen Wirkungen niedriger
”
Strahlendosen“, das am Dienstag Nachmittag stattfindet.
(Hörsaal HS 129)
Hauptvorträge
ST 1.1
ST 1.2
Mo
Mo
ST 1.3
Mo
ST 5.1
Do
11:00 (HS 129) Technologie, Algorithmen und Trends der klinischen CT, Marc Kachelriess
11:30 (HS 129) Magnetresonanztomographie: Ein Werkzeug für Diagnostik und Therapie, Michael Bock, Sven Zühlsdorff, Steffen Volz, Reiner Umathum, Hendrik Zimmermann, Sven Müller, Christian Fink, Peter Hallscheidt, Wolfgang Nitz, Wolfhard
Semmler
12:00 (HS 129) Biologische Bildgebung mit PET: Grundlagen und neue Entwicklungen,
Sibylle Ziegler
11:00 (HS 129) Das Local-Effect-Modell zur Beschreibung der biologischen Wirkung von
Ionenstrahlen, Michael Scholz
140
ST 5.2
Do
ST 5.3
Do
11:30 (HS 129) Therapieplanung für die Strahlentherapie mit schweren Ionen, Oliver Jäkel,
Michael Krämer, Peter Heeg, Christian Karger
12:00 (HS 129) High resolution heavy ion track structure imaging, Gabor Laczko, Volker
Dangendorf, Michael Kraemer, Dieter Schardt, Kai Tittelmeier
Fachsitzungen
ST
ST
ST
ST
ST
ST
ST
1
2
3
4
5
6
7
Biomedizinische Bildgebung I
Biomedizinische Bildgebung II
Biomedizinische Bildgebung III
Strahlenbiophysik
Strahlenwirkungen - Strahlentherapie I
Strahlenwirkungen - Strahlentherapie II
Strahlenwirkungen - Strahlentherapie III
Mo
Mo
Mo
Di
Do
Do
Do
11:00–12:30
14:00–15:45
16:30–17:00
11:00–12:00
11:00–12:30
12:30–13:00
16:30–18:30
HS
HS
HS
HS
HS
HS
HS
129
129
129
129
129
129
129
ST
ST
ST
ST
ST
ST
ST
1.1–1.3
2.1–2.7
3.1–3.2
4.1–4.4
5.1–5.3
6.1–6.2
7.1–7.8
Mitgliederversammlung des Fachverbands Strahlenphysik und Strahlenwirkung
Di 12:15–13:00
HS 129
Alle Mitglieder des FV Strahlenphysik und Strahlenwirkungen sowie interessierte Mitglieder der DGMP sind herzlich eingeladen zur Mitgliederversammlung des FV ST.
Vorgeschlagene Tagesordnung:
1) Annahme der Tagesordnung
2) Bericht des FV-Vorsitzenden
3) Aktivitäten zum Kompetenzerhalt in der Strahlenforschung
4) Zusammenarbeit mit DGMP, etc.
5) Planung unserer Tagung 2005
6) Information über weitere Tagungen
7) Sonstiges
141
Fachsitzungen
– Haupt- und Fachvorträge –
ST 1 Biomedizinische Bildgebung I
Raum: HS 129
Hauptvortrag
Weichteilkontrastes, des Fehlens ionisierender Strahlung sowie der
Möglichkeit, funktionelle Untersuchungen durchzuführen, besonders gut
geeignet, um Erkrankungen der weichen Gewebe zu diagnostizieren
und um minimal-invasive Eingriffe mit Kathetern oder Nadeln zu
überwachen.
In diesem Vortrag sollen neuere Techniken für MR-geführte intravasale Interventionen vorgestellt werden. Um die in der MR nicht sichtbaren Operationsinstrumente zu lokalisieren, wurden Hochfrequenzspulen an Kathetern angebracht. Die aktuelle Position der Instrumente, die
sich in wenigen Millisekunden bestimmen läßt, wurde dazu verwendet,
die MR-Meßschicht mit dem Katheter mitzuführen. Interaktiv schaltbare Schichtorientierungen und Bildkontraste erlaubten bei Bildraten von 3
Hz die Platzierung von Kathetern in Gefäßen, so dass abdominelle Gefäße
dargestellt und Nierengewebe embolisiert werden konnten.
ST 1.1 Mo 11:00 HS 129
Technologie, Algorithmen und Trends der klinischen CT —
•Marc Kachelriess — Institut fuer Medizinische Physik (IMP), Krankenhausstr. 12, 91054 Erlangen
Unter Computertomograpghie (CT) stellt man sich weitläufig noch
die klassische Schnittbildgebung, das ist die Aufnahme einzelner, separat
akquirierter zweidimensionaler Schichten, vor: Um den Patienten rotiert
ein System aus Röhre und Detektor und nach Akquisition einer Schicht
wird der Patient ein Stueck weitergefahren, um ein komplettes Volumen zu scannen. Dies entspricht aber schon lange nicht mehr dem Stand
der Technik. Zwar besteht ein CT-Scanner heute noch immer aus einem
Röntgenfokus mit gegenüberliegendem Detektorarray, aber die Step-andShoot-Technik ist seit der Einführung des Spiral-CT in den 90-er Jahren, bei der der Patient während der Messung kontinuierlich durch die
Gantry gefahren wird, veraltet. Die Vorteile der erstmals durch die Spiraltrajektorie realisierten echten 3D - Akquisition sind enorm. Nicht nur
die Bildqualität wurde verbessert sondern völlig neue Anwendungen, wie
beispielsweise die CT- Angiographie und die Cardio-CT, sind entstanden.
Mit der Einführung von Mehrschicht- Spiral-CT- Scannern ist vor wenigen Jahren ein weiterer Schritt in Richtung echter 3D-Akquisition gelungen. Neben einer Einführung in die Gerätetechnik werden algorithmische
Aspekte der Bildrekonstruktion behandelt. Schwerpunkte sind

Plenarvorträge

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