WISSENSCHAFTLICHER WERDEGANG

Diplomarbeit: Exzitonendynamik in Silberbromid-Einkristallen (Universität-GH Paderborn - 1984)

  • Ergebnis der mittels Raman- und zeitaufgelöster Spektroskopie gewonnenen Daten war ein detailliertes Verständnis der Exziton-Phonon-Wechselwirkung in Silberbromid während des 2TO(L) Phononenstreuprozesses mit dem indirekten Exziton.
  • Apparativ: Aufbau eines synchron gepumpten Pikosekunden-Farbstoff-Lasersystems sowie eines Autokorrelator zur Messung ultrakurzer Pulse im Spektralbereich von 420nm bis 380nm.

Promotion: Lokalisierte Elektronenzustände und ihre Wechselwirkung mit Exzitonen in ionischen Kristallen (Universität-GH Paderborn - 1985-1989)

Die Arbeiten fanden im Rahmen der DFG-Schwerpunkte „Exzitonendynamik“ und „Spektroskopie mit ultrakurzen Pulsen“ statt:

  • Zeitaufgelöste Analyse einer neu gefundenen -auf Silbercluster zurückgeführten- intensiven Sekundäremission in den Silberhalogeniden (AgCl und AgBr) energetisch unterhalb der Exzitonenabsorptionskante. Ein resonanter Energietranferprozeß zwischen elektronischen Zuständen und den freien Exzitonenzuständen des Wirtskristalls konnte als Ursache für eine charakteristische Abnahme dieser Sekundäremission oberhalb der Exzitonenabsorptionskante bestimmt werden.
  • Apparativ: Entwicklung einer Apparatur zur bandbreitenbegrenzten Laserspektroskopie im Spektralbereich von 380-600nm mit einer zeitlichen Auflösung im Bereich weniger Pikosekunden; zentrales Element war ein von mir in Zusammenarbeit mit dem Hersteller fundamental modifizierter subtraktiv montierter hochauflösender Doppelmonochromator (f=1m) in Verbindung mit inverser Einzelphotonzählung (Eigenbau) und einer Streak-Camera.

Postdoktorandentätigkeit (1990)

  • Quantenbeatspektroskopische Untersuchungen an Exzitonen in Cadmiumsulfid-Einkristallen und Lumineszenzspektroskopie an Solid Solutions (ZnSexS1-x);
  • Studium des Einflusses der Größenbegrenzung auf die lichtinduzierte Exzitonenrelaxation in photosensitiven Mikrokristallen.

Habilitation: Massenselektive Femtosekunden-Echtzeitspektroskopie an kleinen Molekülen und Clustern (FU Berlin – 1991-1997)

Die Arbeiten wurden im Rahmen des Sonderforschungsbereich 337 (Energie- und Ladungstransfer in molekularen Aggregaten) als Projektleiter durchgeführt. Ebenfalls als Projektleiter arbeitete ich im DFG-Schwerpunkt „Femtosekunden-Spektroskopie elementarer Anregungen in Atomen, Molekülen und Clustern“ an der zeitaufgelösten Spektroskopie von im Grundzustand angeregten Molekülen und Clustern.

  • Die kohärente Wellenpaketpropagation in angeregten Alkalidimeren (Na2, NaK, K2). und -trimeren (Na3, K3) konnte über mehrere 100ps mit sub-250fs Auflösung aufgezeichnet werden. Neben der detaillierten zeitlichen Information wurden mittels Fourieranalyse simultan die Schwingungsspektren mit hoher Auflösung ermittelt. Der Einfuß von Störungen der Wellenpaketpropagation durch z.B. kreuzende Potentialflächen konnte sehr präzise bestimmt werden. Energieverschiebungen aufgrund von Spin-Bahn-Kopplung wurden auf besser als 0.5cm-1 ermittelt.
  • Experimente (an Na3 und K2) zur gezielten Kontrolle der molekularen Dynamik sind hervorzuheben. Die Wahl der Anregungsintensität ermöglichte es, gezielt entweder die Dynamik in einem angeregten elektronischen Zustand oder im Grundzustand des Kaliumdimer zu präparieren und abzufragen. Durch Variation der Pulslänge konnte die molekulare Dynamik so beeinflußt werden, daß eine selektive Anregung einzelner Schwingungsmoden in Na3 erreicht werden konnte.
  • Die Einführung der Spektrogrammtechnik öffnete eine noch aussagekräftigere Analyse der molekularen Dynamik. Das Zusammenspiel der verschiedenen Laser-induzierten Schwingungsmoden der Moleküle in ihrer zeitlichen Entwicklung konnten so äußerst anschaulich dargestellt werden. Mit dieser Technik erhält man die umfassende Information der molekularen Dynamik, d.h. zu jedem Zeitpunkt ist die Mannigfaltigkeit der gerade aktiven Schwingungsmoden vollständig ablesbar.
  • Untersuchungen der Photodissoziationsdynamik ermöglichten Aussagen über die Stabilität optisch angeregter Cluster in Abhängigkeit von Clustergröße sowie Anregungsenergie. Ein besonders interessanter Fall ergab sich beim Kaliumtrimer, wo das simultane Auftreten von Wellenpaket- und Dissoziationsdynamik eingehend studiert werden konnte.
  • Ein neu entwickeltes Meßverfahren ermöglichte die Echtzeit-Beobachtung der Strukturänderung der Silbertrimers beim Übergang Ag-→Ag→Ag+ auf einer Femtosekunden-Zeitskala.
  • Apparativ: Entwicklung und Aufbau einer Apparatur zur massenselektiven Femtosekunden-Echtzeitspektroskopie: Hierbei ist die Entwicklung (in Kooperation mit einem Laserhersteller) einer Synchronisation zweier modengekoppelter Titansaphirlaser mit einem Pulsjitter innerhalb der Laserpulsbreite hervorzuheben. Hoher Wert wurde auf die Stabilität der sub-80fs Laserpulse sowie des mittels adiabatischer Expansion erzeugten extrem kalten Molekularstrahles gelegt.

Die Gesamtheit der Untersuchungen zur kohärenten Wellenpaketdynamik, der ultraschnellen Photodissoziation sowie der Echtzeit-Strukturänderungen optisch angeregter Moleküle sind 1998 im Springer Verlag als Monographie „Femtosecond Real-Time Spectroscopy in Small Molecules and Clusters“ erschienen.

DAAD (PROCOPE) Projekt: Steuerung kohärenter Dynamik (Université Paul Sabatier, Toulouse – 1997-1998)

Mit Drei-Puls-Technik (50fs) konnte die atomare und molekulare kohärente Dynamik in elektronisch angeregten Alkalimonomeren und –dimeren gesteuert werden; hierzu wurden gezielt Quanteninterferenzen mit Schwingungsdauern von 2.6fs bzw. 1.3fs erzeugt und sodann mit sub-500as Auflösung detektiert.

Max-Born-Institut für Kurzzeitspektroskopie und nichtlineare Optik: Femtosekunden-Laserphysik (Berlin – 1997-1998)

  • Zeitaufgelöste Detektion der ultraschnellen Relaxation der Licht-induzierten Quantenkohärenz (2.6fs Oszillationen) in mit Atomen dotierten, suprafluiden Heliumtröpfchen Hen@K (n≈1000): die dotierten Atome agieren als hochsensible Sonden zum Nachweis der Dynamik auf der Oberfläche des suprafluiden Systems;
  • Aktive Steuerung atomarer und molekularer kohärenter Dynamik in elektronisch angeregten Alkaliatomen und –dimeren;
  • Simultane Dreikörper-Dissoziation des Moleküls CF2I2 mittels ultrakurzer Anregung mit Hochfeld-Laserpulsen (λ=200nm) auf einer Femtosekunden-Zeitskala nachweisen;
  • Sonderforschungsbereich 450 „Analyse und Steuerung ultraschneller photoinduzierter Reaktionen“: Studium photostimulierter Elementarprozesse in Metallatom-Molekülkomplexen mit dem Ziel der aktiven Steuerung (Coherent Control) dieser Prozesse.

Center for Ultrafast Laser Applications (CULA) (Universität Princeton – Januar 1998 – Mai 2002)

Als Direktor an diesem "Center of Excellence" beschäftigte ich mich mit der Erzeugung und Charakterisierung extrem kurzer modulierter Pico- und Femtosekunden-Laserpulse (von FIR bis UV) sowie deren Anwendung in der Atom-, Molekül- und Festkörperphysik sowie der Telekommunikation und medizinischen Forschung (Industriekooperationen). Highlights sind:

  • Femtosekunden-Echtzeitspektroskopie und kohärente Kontrolle: Analyse und Steuerung ultraschneller photoinduzierter Prozesse in komplexen (Bio-) Molekülen (Wellenpaket-propagation, Ladungstransferprozesse, Coherent & Optimal Control), Kombination von hochaufgelöster spektraler (<10-2cm-1) und zeitlicher (<300as) Information; quantendynamische Diskrimination chemischer und biologischer Wirkstoffe (Patente).
  • Studium ultraschneller Wechselwirkungsprozesse einzelner Atomen und Molekülen mit mesoskopischen Badsystemen, wie z.B. Quantenkohärenz Oberflächen-dotierter suprafluider Heliumtröpfchen.
  • Erzeugung und Charakterisierung von spezifisch modulierten sub-20fs Laserimpulsen (IR-UV) gepaart mit phasensensitiver nichtlinearer optischer Meßtechnik (Spektrogramm-methode) und sub-100as Zeitauflösung mit dem Ziel der vollständigen Beschreibung der ultraschnellen Quantendynamik molekularer Systeme; Implementierung von adaptiv-lernenden Regelschleifen zur Pulsformoptimierung.
  • Erzeugung intensiver schmalbandiger bandbreite-begrenzter Pikosekundenimpulsen im 2-10µm Spektralbereich mittels nichtlinearer optischer Verfahren.

Berater der Geschäftsführung Mevis Research (September 2008- August 2009)

  • Bewertung und Erschließung wichtiger Zukunftstechnologien der medizinischen Bildverarbeitung, einschließlich der molekularen und optischen Bildgebung.
  • Erarbeitung von Forschungskonzepten für MeVis Research und Unterstützung bei der Etablierung des Medical Image Computing in den Förderprogrammen nationaler und internationaler Fördermittelgeber.
  • Entwicklung eines Fellowship-Konzeptes und einer Lectureship-Series für MeVis Research.

Seit 1.1.2009 ist MeVis Research ein Fraunhofer Institut.