Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5552
Main Title: Real-time tracking of atomic electron dynamics
Translated Title: Echtzeit-Verfolgung der Atom-Elektronendynamik
Author(s): Baggash, Mursal
Advisor(s): Krikunova, Maria
Referee(s): Krikunova, Maria
Aziz, Emad
Rottke, Horst
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: en
Abstract: In dieser Arbeit wird die zeitliche Entwicklung korrelierter Elektronendynamik in elektronischen Wellenpaketen im Ionisationskontinuum von Atomen dargestellt. Das Wellenpaket wird durch Absorption von extrem ultravioletten (XUV) Lichtpulsen durch Atome im Grundzustand gestartet. Diese XUV Pulse werden mittels hoher harmonischer Erzeugung, ausgehend von ultra-kurzen infraroten (IR) Laserpulsen, gebildet. Die zeitliche Entwicklung der Wellenpakete wird verfolgt, indem man mit einem schwachen IR Laserpuls mit variabler Zeitverzögerung einen Kontinuum-Kontinuum Übergang induziert wird. Diese Photoelektronen werden dann unter Verwendung eines Elektronenspektrometers, das auf dem Prinzip einer magnetischen Flasche basiert, nachgewiesen. Der erste Teil dieser Arbeit (Kapitel 4) stellt experimentelle Ergebnisse zur Zweielektronendynamik in Wellenpaketen im Ionisationskontinuum des Xenonatoms dar. Dieses Experiment verwendet hohe harmonische Pulse, um Wellenpakete in einem Energiebereich zu starten, der durch Fano-Resonanzen strukturiert ist. Zu diesen Wellenpaketen tragen mehr als zwei Fano-Resonanzen bei. Die zeitliche Entwicklung dieser Wellenpakete wird mit einem schwachen IR Impuls mit variabler Verzögerungszeit zum XUV Puls getestet. Die mit den angeregten Fano-Resonanzen zusammenhängende Zweielektronendynamik, die der Zeitentwicklung der Wellenpakete eine Oszillationsstruktur aufprägt, zerfällt durch Autoionisation. Die Abhängigkeit der Photoelektronenausbeute von der Verzögerungszeit der Probe- (IR Pulse) zu den Pump-Pulsen (XUV Pulse) wird theoretisch durch eine Zweiphotonenübergangswahrscheinlichkeit beschrieben, die auf der Grundlage von Fano’s Theorie abgeleitet wird. Der zweite Teil dieser Arbeit (Kapitel 5) verwendet die RABBITT-Technik (reconstruction of attosecond beating by interference of two-photon transitions), um mögliche RABBITT-Phasendifferenzen zwischen den Ionisationskanälen 2P1/2 und 2P3/2 von Kryptonatomen zu untersuchen. Die Phasendifferenzen werden für Anregungsenergien zwischen 18 eV und 29 eV vermessen. Sie hängen kritisch von der kinetischen Energie der Photoelektronen ab, insbesondere im unteren Energiebereich. Sie zeigen ebenfalls eine signifikante Abhängigkeit von den linearen Polarisationsrichtungen der XUV-Pumpund IR-Probepulse relativ zueinander. Die experimentell bestimmten Phasendifferenzen werden mit berechneten verglichen, die auf Dipolmatrixelementen für die Photoionisation und Streuphasen für Elektronenstreuung beruhen, die für Krypton aus vorhergehenden Experimenten bekannt sind. Die Ergebnisse zeigen, dass gemessene RABBITTPhasendifferenzen für Krypton keinen direkten Zugriff auf Zeitverzögerungen in der Photoemission im primären Photoionisationsschritt des Atoms erlauben.
This thesis presents real-time observations of correlated electron dynamics in electronic wavepackets in the continuum energy range of atoms. The atomic electron dynamics is initiated by extreme ultraviolet (XUV) light pulses generated by high harmonic generation (HHG). Its evolution in time is probed by inducing a continuum-continuum transition with delayed weak infrared (IR) pulses. The photoelectrons which have interacted with the IR pulses are then detected using a magnetic bottle electron spectrometer. The first part of this thesis (Chapter 4) presents experimental results of real-time tracking of two-electron dynamics in electronic wavepackets in the ionization continuum of the xenon atom. This experiment utilizes harmonic XUV pulses from a generated harmonic pulse train to launch electronic wavepackets in an energy range structured by Fano resonances. The launched wavepackets encompass more than two Fano resonances. The evolution in time of these wavepackets is probed with a weak IR pulse at a controllable delay time between the XUV and IR pulses. Coherent two-electron dynamics appears in the time evolution of the wavepackets as an oscillatory beating imprinted on their autoionization decay. The dependence of the measured photoelectron yields on the pumpprobe delay time is analyzed by using a two-photon transition probability derived on the basis of Fano’s theory. In the second part of this thesis (Chapters 5) the RABBITT (reconstruction of attosecond beating by interference of two photon transitions) technique is used to investigate a continuum energy dependent RABBITT phase difference in the ionization channels 2P1/2 and 2P3/2 of krypton atoms. The phase difference is investigated for excitation energies ranging between 18 eV and 29 eV. The measured phase difference critically depends on the photoelectron kinetic energy, specifically in the lower energy range. It also shows a significant dependence on the relative directions of linear polarization of the XUV-pump and IR-probe pulses with respect to each other. The experimental phase differences are compared with those obtained from calculations based on dipole matrix elements for photoionization and scattering phase shifts known for krypton from previous experiments. The results indicate that the RABBITT phase differences for krypton can not map directly time-delay differences which may appear in the photoionization step of the atom.
URI: http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/5965
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-5552
Exam Date: 15-Aug-2016
Issue Date: 2016
Date Available: 31-Oct-2016
DDC Class: DDC::500 Naturwissenschaften und Mathematik::530 Physik::530 Physik
Subject(s): atom
electron
dynamics
attosecond
ultrafast
Elektron
Dynamik
Attosekunde
Creative Commons License: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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