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Das zentrale Thema unserer Forschung ist
die Untersuchung lichtinduzierter Struk-
turänderungen in molekularen Systemen
und Clustern. Von besonderem Interesse
sind dynamische Studien, in denen das Zu-
sammenspiel zwischen elektronischer Be-
wegung und deren Kopplung an die Kern-
freiheitsgrade die Funktion des Systems auf
molekularen Längen- und ultraschnellen
Zeitskalen bestimmt.
Unser Ziel ist es, den Elektronen und Ato-
men direkt bei der Bildung und Umori-
entierung von Orbitalen, molekularen
Bindungen, der Kerndynamik oder bei
Bandstrukturänderungen unter natürlichen
und extremen Bedingungen zuzuschau-
en, sie zu manipulieren und falls möglich
Kontrolle auszuüben (siehe Abbildung). Zu
diesem Zweck nutzen wir sowohl brillan-
te Lichtquellen wie Freie-Elektronen Laser
(FEL) und Synchrotrons als auch optische
Femtosekunden-Kurzpulslaser.
In der Vergangenheit haben wir eine Viel-
zahl prototypischer Studien an C
60
Fulle-
renen, Wasserstoff-, Helium- und Edelgas-
Arbeitskreis Röntgen-Femtochemie,
Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY
Leiter: PD. Dr. Tim Laarmann
mischclustern durchgeführt, wobei sich
in zunehmendemMaße der Fokus auf die
Untersuchung polyatomarer Bausteine
biologisch relevanter Systeme richtet. Zu
nennen sind hier beispielsweise unsere Ar-
beiten an geschützten Aminosäuren, klei-
nen Peptiden und eingelagerten Molekülen
oder Clustern mit definierten Solvatations-
schalen, insbesondere Wasser. Die Studien
in der Gasphase erlauben die Kontrolle der
lokalen geometrischen Struktur in der Nähe
der lichtinduzierten Dynamik. Mikrosolva-
tation simuliert so Reaktionen in natürli-
cher Umgebung und schlägt damit die Brü-
cke zu Untersuchungen in Lösung.
Neben diesen Forschungsfeldern der physi-
kalischen Chemie bzw. chemischen Physik
liegt ein weiteres Interesse in der Metho-
denentwicklung für nichtlineare Spekt-
roskopie im Röntgenbereich. Der Transfer
von modernen optischen Techniken wie
beispielsweise Pulsformung und Frequenz-
mischung in den Röntgenbereich eröffnet
hier ganz neue Perspektiven für element-
spezifische Analyse und Kontrolle in der
Femtochemie. Nicht zuletzt konzentrieren
sich unsere Aktivitäten auch auf die stetige
Verbesserung der FEL-Pulseigenschaften
in Bezug auf kürzeste Pulsdauern, höchste
Stabilität und vollständige Kohärenz.
Ein optischer Laserpuls induziert die Rotation
eines Moleküls, welches nachfolgend vom
intensiven Röntgenpuls als Funktion der Zeit-
verzögerung dissoziiert wird. Die Anisotropie
der Fragmentation liefert Information zur
Bewegung des quantenmechanischen Rotors
in Echtzeit. Mit dieser Methode lassen sich in
Zukunft minimale inter- und intramolekulare
Kopplungen während einer chemischen Reak-
tion mit höchster Auflösung sichtbar machen.
