Promotionsvortrag von Sara Savio

Die Kern-Photoionisation ist ein grundlegender Prozess in der Licht-Materie-Wechselwirkung, bei dem ein Atom oder Molekül ein Photon absorbiert, ein Elektron aus einer seiner inneren Schalen ausstößt und eine Kern-Schalen-Lücke erzeugt. Diese Lücke wird dann durch verschiedene Relaxationsprozesse gefüllt, was zur Emission von Sekundärelektronen oder zur Energieumverteilung innerhalb des Systems führen kann. Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse enthalten technische und methodische Fortschritte bei der Charakterisierung der Zerfallsdynamik von Doppelkernlöchern (DCH) in gasförmigen Neonatomen, die eine sehr kurze Lebensdauer haben, unter Verwendung intensiver und ultrakurzer Röntgenimpulse im Attosekundenbereich (10−18 s) am European XFEL (Eu-XFEL).
Die ultraschnelle Elektronendynamik wird auf Single-Shot-Basis mit einem winkelauflösenden Elektronen-Flugzeit-Spektrometer (e-TOF) abgebildet. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Spektrometer gebaut und in Betrieb genommen, das hier detailliert vorgestellt wird, einschließlich technischer Informationen und experimentell ermittelter Leistungsdaten. Die nicht-invasive systematische Impulscharakterisierung unter Verwendung der Winkelstrecktechnik liefert spektrale und zeitliche Informationen über die ionisierenden XFEL-Impulse mit Attosekundenauflösung. Dieser Ansatz ermöglicht eine Single-Shot-DCH-Untersuchung auf der Grundlage der Kenntnis spektral-zeitlicher Details über die ionisierenden Impulse.
Es wurde eine umfassende Studie durchgeführt, um zu untersuchen, wie sich der Beitrag der DCH-Kanäle mit den Parametern der Röntgenimpulse, einschließlich Impulsdauer, Impulsenergie und den Photonenenergiezentren der rekonstruierten Spektren, verändert. Die Ergebnisse zeigen, dass die Ausbeute des DCH-Signals in einer Weise zunimmt, die mit der Rekonstruktion von Röntgenimpulsdauern weit unterhalb der Lebensdauer des Single-Core-Hole (SCH)-Auger-Zerfalls in Neon vereinbar ist, die in der Größenordnung von 2,4 Femtosekunden (10−15 s) liegt, wodurch die Charakterisierung solcher kurzlebigen Ionenzustände in einem einzigen Schuss ermöglicht wird. Die Untersuchung der elektronischen Struktur des kernionisierten Systems vor der Relaxation in Verbindung mit detaillierten Informationen über den ionisierenden Impuls bietet die experimentelle Grundlage für wertvolle Einblicke in die nichtlineare Wechselwirkung zwischen Röntgenstrahlung und Materie. Somit ermöglichen die sich daraus ergebenden Photoabsorptions- und Relaxationskanalintensitäten, die bei einer hohen Wiederholungsrate und einer Attosekunden-Dauer des XFEL erreichbar sind, die Aufdeckung dieser ultraschnellen Prozesse auf der natürlichen Zeitskala der Elektronendynamik.