Control and study of energy flow in light harvesting systems

Kohärente Kontrolle als hochaktuelles Forschungsfeld hat sich in den letzten Jahren stark diversifiziert. 1-3 Neben der Kernkompetenz der Steuerung von photochemischen Prozessen haben sich andere spannende Kontrollanwendungen ergeben. Die Beispiele reichen von Pulskompression 4 und Optimierung hoher Harmonischer5 bis hin zu Isotopen-selektiver Massenspektrometrie.6 Auch in der Ultrakurzzeitspektroskopie findet kohärente Kontrolle eine Anwendung. Die Gegenüberstellung molekularer Dynamik nach Fourier-limitierter und phasenmodulierter Anregung bildet die Grundlagen der Quantenkontroll-Spektroskopie (QCS). Erste Anwendungen dieser Technik in Bereichen der molekularen Dynamik und biologischen Funktionsbestimmung zeigten Resultate, die mit konventionellen Spektroskopieformen unerreichbar gewesen wären. 7-13 Dieser Antrag bezieht sich auf eine Anwendung von QCS auf Vier-Wellen-Mischprozesse (FWM). Ein allgemeines Ziel ist das Verständnis und die Kontrolle von molekularer Dynamik in künstlichen und natürlich vorkommenden Lichtsammelkomplexen. Es werden folgende Experimente vorgeschlagen: Kohärente Kontrolle von Excitonen-Dynamik in multidimensionalen elektronischen Spektren mittel Polarisationsformung. Zweidimensionale elektronische Spektroskopie14 eröffnet neuartige Aspekte der elektronischen oder vibronischen Kopplung in Lichtsammelkomplexen. Mittels kohärenter Kontrolle kann der Aufbau stark vereinfacht werden, wobei auch die Polarisation zu einem frei wählbaren Parameter wird. Dies führt zu einer effektiven und robusten Methode zur Hervorhebung der entscheidenden Kreuzterme eines 2D-Spektrums. Entschlüsselung von Franck-Condon-Integralen mittels kohärenter Kontrolle eines multi-Farben FWM- Prozesses. Durch selektive Anregung von Grundzustandsschwingungsmoden 15 kann der schwingungsspezifische Beitrag zum elektronischen Populationstransfer quantitativ ermittelt werden. Kohärente Kontrolle einer Photoreaktion durch nicht-resonante Präparation von Grundzustandsmoden. In einer Weiterentwicklung des eingangs beschriebenen Experiments wird der Effekt der selektiven Anregung von Grundzustandsmoden auf die Photochemie eines angeregten Zustandes untersucht. Kohärente Kontrolle einer Photoreaktion auf einem angeregten Zustand mittels Pump-DFWM. 16 Durch Phasenmodulation eines initialen Pump-Impulses, der einer FWM-Sequenz vorauseilt, soll die Dynamik am angeregten Zustand beeinflusst und detektiert werden. Die Zusammenarbeit zwischen der Gruppe um Prof. Motzkus (kohärente Kontrolle) an der Philipps-Universität Marburg und der Gruppe um Prof. Kauffmann (2D-Spektroskopie) an der Universität Wien stellt einen zentralen Aspekt dieses Projekts dar.