Helium Nanoplasma Dynamiken
Dotierte He-Nanotröpfchen werden häufig als inerte, transparente und kalte Matrix für die Spektroskopie eingebetteter Moleküle und Cluster verwendet. Bei Einwirkung starker Laserfelder reichen jedoch bereits wenige Dotieratome (z. B. Xe) aus, um eine lawinenartige Ionisierung zu „entzünden“, die das gesamte Tröpfchen in ein stark absorbierendes Nanoplasma verwandelt [1,2]. Infolgedessen ionisiert der gesamte He-Tröpfchen vollständig und explodiert, siehe die Momentaufnahmen aus einer MD-Simulation oben. Es entstehen hochenergetische Elektronen, He+, He++ sowie hochgeladene Dotierionen (bis zu Xe21+).
Die grundlegenden Fragen, die wir untersuchen möchten, lauten:
- Wie erfolgt die Zündung des He-Nanoplasmas im Detail?
- Welche Prozesse bestimmen die Entwicklung des Nanoplasmas?
- Warum eignet sich eine Art von Dotierpartikeln besser als die andere für die Zündung eines He-Nanoplasmas?
- Welche Rolle spielen Resonanzen (kollektive Schwingungen der Elektronenwolke, die durch das Laserfeld angeregt werden), wenn das Nanoplasma Licht absorbiert, während es sich aufbaut und dann ausdehnt?
- Für welche Anwendungen könnten solche Nanoplasmen genutzt werden?
Wir gehen diesen Fragen experimentell nach, indem wir intensive, ultrakurze Laserimpulse auf einen Strahl von He-Nanotröpfchen richten, die mit Atomen und Molekülen verschiedener Arten dotiert sind. Die ausgestoßenen Elektronen und Ionen werden mit bildgebenden Verfahren [3] detektiert, die Informationen über die Anzahl der ausgestoßenen Elektronen/Ionen, ihre Energie und ihre Winkelverteilung liefern.
Referenzen:
[1]S.R. Krishnan, L. Fechner, M. Kremer, V. Sharma, B. Fischer, N. Camus, J. Jha, M. Krishnamurthy, T. Pfeifer, R. Moshammer, J. Ullrich, F. Stienkemeier, M. Mudrich, Phys. Rev. Lett. 107, 173402 (2011)