Time-resolved molecular dynamics using XUV ionization of aligned molecules

Help

Back »

Details of project

Identifier

107235

Type

Principal investigator

Geretovszkyné Varjú, Katalin

Title in Hungarian

Időbontott molekula-vizsgálatok rendezett molekulák XUV ionizációja révén

Title in English

Time-resolved molecular dynamics using XUV ionization of aligned molecules

Keywords in Hungarian

XUV keltés, XUV fotoionizáció, molekula dinamika

Keywords in English

XUV generation, XUV photoionisation, molecular dynamics

Discipline

Physics (Council of Physical Sciences)	100 %
Ortelius classification: Quantum mechanics

Panel

Physics 1

Department or equivalent

Department of Optics and Quantum Electronics (University of Szeged)

Participants

Balogh, Emeric
Dömötör, Piroska
Grósz, Tímea
Horváth, Zoltán
Major, Balázs
Szaszkó-Bogár, Viktor

Starting date

2012-11-01

Closing date

2016-12-31

Funding (in million HUF)

30.180

FTE (full time equivalent)

6.23

state

closed project

Summary in Hungarian

A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
Jelen pályázat célkitűzése olyan kísérletek végzése, ahol molekulastruktúrák időbeli változását a fotoelektronok szögeloszlásából lehet meghatározni. A fotoelektronok XUV/röntgen tartományba eső fotonok abszorpciója után bocsátódnak ki. A kísérletekben kulcsfontosságú szerepet tölt be az XUV/röntgen forrás, melynek fejlesztése a két partner együttműködésének fő eleme: a szegedi fél szakértelme a két-színű magasharmonikus keltés terén remélhetőleg jelentősen javítja majd a berlini laboratóriumban fellelhető laboratórium alkalmazhatóságát.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
Időbontott molekula szerkezeti vizsgálatok végzése a molekula saját elektronjának diffrakciója révén.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
Molekulák szerkezeti változását legtöbbször abszorpciós spektrumuk időbeli változásából következtetik ki. Ennek a módszernek alkalmazásához szükséges a spectrum és a szerkezet kapcsolatának pontos ismerete. Ha a spektrumbeli változások nem elég erőteljesek, vagy nem ismertek pl. nagyobb molekulák esetén, akkor ez a módszer nem alkalmazható. Ezért jelen projekt kereteiben egy új módszert dolgozunk ki molekula-struktúra időbeli követésére, mely nem feltételezi a vizsgált molekula spektrális tulajdonságainak előzetes ismeretét.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A molekulák szerkezetéről és reaktivitásáról rendelkezésünkre álló ismeret túlnyomó része a molekulák és fény kölcsönhatásának megfigyeléséből származik. Következésképp a lézerek elterjedése az infravörös, látható és ultraibolya tartományban nagyban segítette a fizikai és kémiai folyamatok megértését. Lézerek alkalmazásával olyan kísérleteket tudunk végezni, melyek molekulák dinamikáját határozzák meg, időben vagy a komplementer frekvencia tartományban. Az időbeli – pumpa-próba – vizsgálatok nagyon látványosak, melyekben az első impulzus beindít egy szerkezeti változást, a második – késleltetett – lézerimpulzus pedig vizsgálja az adott idő alatt bekövetkezett változást.

Summary

Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
The proposal that is presented here, focuses in particular on experiments where the time-dependent molecular structure is encoded in the angular distribution of photoelectrons that are ejected via single-photon absorption in the XUV/X-ray range. In these experiments the XUV/X-ray light source plays a key role, and therefore is the main topic of collaboration of the two project partners: within the project, the theoretical and experimental expertise of the Szeged group on two-color high-harmonic generation, which enables significantly improved XUV/X¬-ray generation in the 100-500 eV photon range, is integrated into the experimental infrastructure and experimental research program at MBI, where concepts that have been proposed in Szeged can be tried out and immediately put to use.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Probing molecular structure using intra-molecular electron diffraction.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
In femtochemistry experiments, information about an evolving molecular structure is typically inferred by measuring how the molecular absorption spectrum changes as a function of pump-probe delay. If we know how the molecular absorption spectrum depends on the molecular structure, then measuring its time-dependent changes can inform us about time-dependent structural changes that occur. However, herein also lies the vulnerability of the technique. If wavelength-dependent spectral features are not very pronounced, or if the relation between the spectrum and the structure is not known ahead of time, then interpreting a femtochemistry experiment can be very challenging. Indeed, these methods become more and more challenging when the size of a molecule increases. We develop an alternative method for recording molecular movies that do not rely on a pre-existing knowledge of the electronic spectroscopy of the molecule under investigation.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Much of our knowledge about molecular structure and reactivity is based on interpreting how molecules interact with light. Consequently, the invention of lasers in the infrared, visible and ultra-violet parts of the wavelength spectrum has greatly impacted on our understanding of chemical and physical processes. Using lasers, experiments on molecular dynamics have become possible, which operate either in the frequency or in the time domain. The latter type of experiment has been particularly informative. Using a pump-probe approach, where a first “pump” laser pulse initiates a structural change, and a second “probe” laser pulse interrogates the system after it has evolved for some time, detailed questions can be asked that are pertinent to chemical reactivity.

Final report

Results in Hungarian

A molekulák szerkezetéről és reaktivitásáról rendelkezésünkre álló ismeret túlnyomó része a molekulák és fény kölcsönhatásának megfigyeléséből származik. Következésképp a lézerek elterjedése az infravörös, látható és ultraibolya tartományban nagyban segítette a fizikai és kémiai folyamatok megértését. Projektünk távlati célja olyan kísérletek végzése, ahol molekulastruktúrák időbeli változását a fotoelektronok szögeloszlásából lehet meghatározni. A fotoelektronok XUV/röntgen tartományba eső fotonok abszorpciója után bocsátódnak ki. A kísérletekben kulcsfontosságú szerepet tölt be az XUV/röntgen forrás, melynek fejlesztése volt a kutatás fő célja. Szimulációk és kísérletek útján átfogóan vizsgáltuk a magas harmonikus keltési folyamat alkalmazhatóságát (két színű gerjesztést alkalmazva, a keltő hullámforma alakítása, vagy a keltési elrendezés geometriai paramétereinek optimalizálása révén) molekula dinamikai kísérleteinkhez szükséges XUV/röntgen forrás létrehozására, megcélozva a minél nagyobb fotonenergia illetve fotonszám elérését. Foton-indukált folyamatok időbeli vizsgálatát is megkezdtük: kísérleteket végeztünk XUV foton által kiváltott fotoionizáció, illetve fotonfragmentáció témájában, illetve IR indukált folyamatban az XUV impulzus segítségével töltés-átrendeződést vizsgáltunk.

Results in English

Much of our knowledge about molecular structure and reactivity is based on interpreting how molecules interact with light. Consequently, the invention of lasers in the infrared, visible and ultra-violet parts of the wavelength spectrum has greatly impacted on our understanding of chemical and physical processes. The perspective of this project is to perform experiments where the time-dependent molecular structure is encoded in the angular distribution of photoelectrons that are ejected via single-photon absorption in the XUV/X-ray range. In these experiments the XUV/X-ray light source plays a key role, and therefore the development has been the main topic of this project. It has been thoroughly investigated both via simulation and experiment how high harmonic generation can be best exploited (using two-colour excitation, optimizing the driving waveform or the generation geometry) to increase the achievable photon energy range, or flux of the source. Preliminary experiments were also performed studying XUV-induced events of photo-ionization, photo-fragmentation, or IR-induced and XUV probed charge transfer.

Full text

https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=107235

Decision

Yes

List of publications

E Balogh, B Bodi, V Tosa, E Goulielmakis, K Varju, P Dombi: Genetic optimization of attosecond pulse generation in light-field synthesizers, New Journal of Physics (közlésre elküldve), 2014

Emeric Balogh, József A. Fülöp, János Hebling, Péter Dombi, Győző Farkas, Katalin Varjú: Application of high intensity THz pulses for gas high harmonic generation, Central European Journal of Physics, DOI: 10.2478/s11534-013-0282-5 (megjelent online), 2013

E Balogh, B Bodi, V Tosa, E Goulielmakis, K Varju, P Dombi: Genetic optimization of attosecond pulse generation in light-field synthesizers, Physical Review A 90, 023855, 2014

D. Kroon, D. Guenot, M. Kotur, E. Balogh, E. W. Larsen, C. M. Heyl, M. Miranda, M. Gisselbrecht, J. Mauritsson, P. Johnsson, K. Varju, A. L'Huillier, and C. L. Arnold: Attosecond pulse walk-off in high-order harmonic generation, Optics Letters, 39, 2218, 2014

D. Guenot, D. Kroon, E. Balogh, E. W. Larsen, M. Kotur, M. Miranda, T. Fordell, P. Johnsson, J. Mauritsson, M. Gisselbrecht, K. Varju, C. L. Arnold, T. Carette, A. S. Kheifets, E. Lindroth, A. L'Huillier and J. M. Dahlstrom: Measurements of relative photoemission time delays in noble gas atoms, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics, (scheduled for November 2014), 2014

Bernd Schutte, Paul Weber, Katalin Kovacs, Emeric Balogh, Balazs Major, Valer Tosa, Nguyen Xuan Truong, Marc J J Vrakking, Katalin Varju, Arnaud Rouzee: Bright soft X-ray bursts gated by transient phase-matching in two-color high-order harmonic generation, Physical Review Letters - közlésre benyújtva, 2015

E. Balogh, K. Kovács, B. Major, A. Rouzée, S. Han, B. Schütte, P. Weber, M. J.J. Vrakking, V. Tosa, K. Varjú: Spectral shifts and asymmetries in two-color high-order harmonic generation, 5th International Conference on Attosecond Physics, Saint-Sauveur, Canada, July 6-10th, 2015, 2015

Katalin Kovacs, Balazs Major, Emeric Balogh, Valer Tosa, and Katalin Varju: High efficiency single attosecond pulse generation with a long wavelength pulse assisted by a weak near infrared pulse, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 21 (5), 8700207, 2015

E. Balogh and K. Varju: Quasi-phase-matched high-order harmonic generation by low-intensity assisting fields: Field strength scaling and bandwidth, JOSA B - submitted, 2015

C. M. Heyl, H. Coudert-Alteirac, M. Miranda, M. Louisy, K. Kovacs, V. Tosa, E. Balogh, K. Varjú, A. L’Huillier, A. Couairon, and C. L. Arnold: Scale-invariant nonlinear optics in gases, Optica - submitted, 2015

K. Kovács, B. Major, B. Manschwetus, E. Balogh, S. Maclot, L. Rading, P. Rudawski, C.M. Heyl, H. Coudert-Alteirac, B. Farkas, V. Tosa, P. Johnsson, A. L'Huillier, K. Varjú: Macroscopic optimization of high harmonic generation for high power laser pulses, 5th International Conference on Attosecond Physics, Saint-Sauveur, Canada, July 6-10th, 2015, 2015

E. Balogh and K. Varju: Quasi-phase-matched high-order harmonic generation by low-intensity assisting fields: Field strength scaling and bandwidth, JOSA B 33 (2), 230, 2016

V. Tosa, K. Kovács, B. Major, E. Balogh, K. Varjú: Propagation effects in highly ionised gas media, Quantum Electronics 46 (4) 321 – 326, 2016

Valer Toșa, Katalin Kovács, Daniel Ursescu, and Katalin Varjú: Characteristics of Femtosecond Laser Pulses Propagating in Multiply Ionized Rare Gases, Nuclear Instruments and Methods B - benyújtva, 2017

B. Major, P. Cs. Kőrös, K. Kovács, E. Balogh, C.M. Heyl, A. L'Huillier, V. Tosa, and K. Varjú,: Optimizing high harmonic generation in a multidimensional parameter space,, Poster 3.2, Magyar Fizikus Vándorgyűlés, 24th-27th August 2016, Szeged, Hungary, 2016

B. Bódi, E. Balogh, V. Tosa, E. Goulielmakis, K. Varjú, And P. Dombi,: Attosecond pulse generation with an optimization loop in a light-field-synthesizer,, Optics Express 24 (19) 21957 (2016), 2016

B. Nagyillés, B. Farkas, K. Varjú,: Attosecond beamline at the University of Szeged,, Magyar Fizikus Vándorgyűlés, Szeged 2016 (Poster), 2016

P. Földi, V. Szaszkó-Bogár, K. Varjú,: Generation of high-order harmonics in solids: a theoretical model (poster pres.),, 4th ELI-ALPS User Workshop, Szeged (2016), 2016

Tímea Grósz, Attila P. Kovács, Katalin Varjú,: Unambiguous chromatic dispersion measurement along both polarization directions of a birefringent hollow-core photonic crystal fiber using spectral interferometry, Applied Optics - benyújtva, 2017

Events of the project

2016-02-19 11:02:32

Résztvevők változása

2015-11-12 08:44:11

Résztvevők változása

2015-03-17 15:53:02

Résztvevők változása

2014-01-30 10:21:47

Résztvevők változása

2013-04-05 17:40:01

Résztvevők változása

Back »