Spektroskopie mit isolierten starken optischen Magnetpulsen

Spektroskopie untersucht die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung (EMS) mit Materie. Auf der makroskopischen Ebene kann sie den Inhalt von Gasen, Flüssigkeiten, Kristallen und amorphen Materialien, sowie deren Dichte, Temperatur und Struktur, bestimmen. Spektroskopie erlaubt auch die Bestimmung von Eigenschaften isolierter Moleküle und Atome, deren Aufbau und deren Interaktionen. Dadurch ist Spektroskopie ein wichtiges Bindeglied zwischen Chemie und Physik mit praktischen Anwendungen, von der Entwicklung neuer Materialien bis zur Analyse von historischen Werken und der Atmosphäre von Exoplaneten. Es gibt viele Arten von Spektroskopien, denn EMS ist sehr breiter Begriff, welcher Radiowellen, Mikrowellen, sichtbares Licht oder Röntgenstrahlung beinhaltet. Auch Licht ist vielfältiger als man denken könnte: es kann einerseits sichtbar sein und mit dem Auge wahrgenommen werden, andererseits ist ein Großteil unsichtbar, wie Terahertz-Strahlung, infrarotes oder ultraviolettes Licht. EMS wechselwirkt mit Materie auf unterschiedliche Artenes kann absorbiert, emittiert, reflektiert, gebeugt oder gestreut werden. Die Absorption verringert die Lichtmenge beim Durchgang durch eine Probe, wobei allerdings die Verringerung nicht für alle Farben (Spektralanteile) gleich ist und von den Materieeigenschaften abhängt. Welche Spektralanteile genau absorbiert werden, wird von den sogenannten Auswahlregeln bestimmt, die Licht-Materie-Wechselwirkungen beschreiben. Im Projekt iStOMPS wollen wir eine neue Form der Spektroskopie etablieren, welche auf magnetischen Wechselwirkungen basiert. Wie jede EMS besteht Licht aus einem oszillierenden elektrischen Feld und einem oszillierenden magnetischen Feld. Beide sind für die Existenz von Licht unerlässlich, aber die elektrische Komponente hat typischerweise hundertfach stärkeren Einfluss auf Materie. Daher nutzen die meisten Spektroskopie-Techniken das elektrische Feld und folgen entsprechend den elektrischen Auswahlregeln. Wir möchten nun die kleinen Effekte des magnetischen Feldes untersuchen, da diese anderen, komplementären Auswahlregeln folgen. Damit kann man Moleküle oder bestimmte Zustände von Molekülen beobachten, welche bisherigen Spektroskopien verborgen blieben. Da allerdings das Signal des Magnetfeldes hundertfac h vom Signal des elektrischen Feldes überstrahlt wird, ist eines unserer Ziele die Entwicklung von Experimenten, welche die elektrischen und magnetischen Felder im Raum trennen (um etwa 100 Nanometer oder einem Prozent der Dicke eines Haares), um das magnetische Signal ungestört messen zu können. Das andere Ziel ist die Entwicklung von theoretischen Methoden, um zu simulieren was in Molekülen in starken und schnell oszillierenden Magnetfeldern passiert. iStOMPS ist eine Gruppe von Wissenschaftlern der Universität Wien und der TU Wien mit dem Ziel, mittels Photonik und theoretischer Chemie eine neue Form der Spektroskopie zu etablieren, die auf der magnetischen Komponente von Licht basiert.