Ultrafast dynamics driven by attosecond and structured photons

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit quantenmechanischen Prozessen auf einer ultrakurzen Zeitskala, welche durch Attosekunden-Pulse und strukturierte Lichtstrahlen hervorgerufen werden. Die Untersuchung einer kleinen Zeitverzögerung beim Photoionisationsprozess ermöglicht einen umfassenden Einblick in den Korrelationsmechanismus des Atoms und offenbart die Eigenschaften des Photoelektrons. Im Speziellen ist hier die Richtungsabhängikeit gemeint, welche sich in der Zeitverzögerung manifestiert und in der Arbeit mit verschiedenen theoretischen Modellen untersucht wird. In einem weiteren Schritt betrachten wir die Konsequenzen für den Photoionisationsprozess wenn wir Lichtwirbel anstatt konventioneller Laserpulse benutzen. Diese ermöglichen es orbitalen Drehimpuls auf den Ladungsträger zu übertragen, was die Zeitverzögerung beim Photoionisieren des Atoms maßgeblich beeinflusst, aber auch außergewöhnliche Effekte, wie die Erzeugung von Photoströmen, in Nanostrukturen hervorrufen kann.

The present thesis deals with the investigation of quantum mechanical processes on an ultrafast time scale which can be accessed by attosecond and structured photons. The study of the time delay in photoionization provides insight into the correlation mechanism of the studied atom as well as the characteristics of the generated photoelectron. In particular, the directional dependence of the photoelectron is manifested in the time delay in photoionization and will be studied with different theoretical models. Another point of the present thesis addresses the consequences for the photoionization process when using optical vortices instead of conventional laser pulses. The light-matter interaction enables the transfer of the light's orbital angular momentum to the charge carriers which influences substantially the time delay in photoionization and evoke stunning effects in nano-structures like the generation of photo-induced currents.