Effect of dressing on high-order harmonic generation in vibrating H2 molecules

Wir entwickeln die Starkfeldnäherung für die Erzeugung hoher Harmonischer in Wasserstoffmolekülen, wobei die Vibrationsbewegung berücksichtigt wird, sowie die laserinduzierte Kopplung zwischen den beiden untersten Born-Oppenheimer-Zuständen im Molekülion, das durch die anfängliche Ionisation des Moleküls erzeugt wird. Wir zeigen, dass die Kopplung bei längeren Laserwellenlängen (≈ 2 μm) wichtig wird und zu einer Reduzierung der Erzeugung von Harmonischen führt, sowie zu einer Änderung des Verhältnisses von Harmonischen in verschiedenen Isotopen. ----------------------------------------------------------------------- We develop the strong-field approximation for high-order harmonic generation in hydrogen molecules, including the vibrational motion and the laser-induced coupling of the lowest two Born-Oppenheimer states in the molecular ion that is created by the initial ionization of the molecule. We show that the field dressing becomes important at long laser wavelengths (≈ 2 μm), leading to an overall reduction of harmonic generation and modifying the ratio of harmonic signals from different isotopes.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] I.

A detailed study of the electronic structure and bonding of the pentahalides of group 5 elements V, Nb, Ta, and element 105, hahnium (and Pa) has been carried out using relativistic molecular cluster Dirac-Slater discrete-variational method. A number of calculations have been performed for different geometries and molecular bond distances. The character of the bonding has been analyzed using the Mulliken population analysis of the molecular orbitals. It is shown that hahnium is a typical group 5 element. In a great number of properties it continues trends in the group. Some peculiarities in the electronic structure of HaCl_5 result from relativistic effects.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] II.

Relativistic self-consistent charge Dirac-Slater discrete variational method calculations have been done for the series of molecules MBr_5, where M = Nb, Ta, Pa, and element 105, Ha. The electronic structure data show that the trends within the group 5 pentabromides resemble those for the corresponding pentaclorides with the latter being more ionic. Estimation of the volatility of group 5 bromides has been done on the basis of the molecular orbital calculations. According to the results of the theoretical interpretation HaBr_5 seems to be more volatile than NbBr_5 and TaBr_5.

Relativistic effects in physics and chemistry of element 105. [Part] III.

Electronic structures of MOCl_3 and MOBr_3 molecules, where M = V, Nb, Ta, Pa, and element 105, hahnium, have been calculated using the relativistic Dirac-Slater discrete variational method. The character of bonding has been analyzed using the Mulliken population analysis of the molecular orbitals. It was shown that hahnium oxytrihalides have similar properties to oxytrihalides of Nb and Ta and that hahnium has the highest tendency to form double bond with oxygen. Some peculiarities in the electronic structure of HaOCl_3 and HaOBr_3 result from relativistic effects. Volatilities of the oxytrihalides in comparison with the corresponding pentahalides were considered using results of the present calculations. Higher ionic character and lower covalency as well as the presence of dipole moments in MOX_3 (X = Cl, Br) molecules compared to analogous MX_5 ones are the factors contributing to their lower volatilities.

Many-body theory of laser-induced ultrafast demagnetization and angular momentum transfer in ferromagnetic transition metals

An electronic theory is developed, which describes the ultrafast demagnetization in itinerant ferromagnets following the absorption of a femtosecond laser pulse. The present work intends to elucidate the microscopic physics of this ultrafast phenomenon by identifying its fundamental mechanisms. In particular, it aims to reveal the nature of the involved spin excitations and angular-momentum transfer between spin and lattice, which are still subjects of intensive debate. In the first preliminary part of the thesis the initial stage of the laser-induced demagnetization process is considered. In this stage the electronic system is highly excited by spin-conserving elementary excitations involved in the laser-pulse absorption, while the spin or magnon degrees of freedom remain very weakly excited. The role of electron-hole excitations on the stability of the magnetic order of one- and two-dimensional 3d transition metals (TMs) is investigated by using ab initio density-functional theory. The results show that the local magnetic moments are remarkably stable even at very high levels of local energy density and, therefore, indicate that these moments preserve their identity throughout the entire demagnetization process. In the second main part of the thesis a many-body theory is proposed, which takes into account these local magnetic moments and the local character of the involved spin excitations such as spin fluctuations from the very beginning. In this approach the relevant valence 3d and 4p electrons are described in terms of a multiband model Hamiltonian which includes Coulomb interactions, interatomic hybridizations, spin-orbit interactions, as well as the coupling to the time-dependent laser field on the same footing. An exact numerical time evolution is performed for small ferromagnetic TM clusters. The dynamical simulations show that after ultra-short laser pulse absorption the magnetization of these clusters decreases on a time scale of hundred femtoseconds. In particular, the results reproduce the experimentally observed laser-induced demagnetization in ferromagnets and demonstrate that this effect can be explained in terms of the following purely electronic non-adiabatic mechanism: First, on a time scale of 10–100 fs after laser excitation the spin-orbit coupling yields local angular-momentum transfer between the spins and the electron orbits, while subsequently the orbital angular momentum is very rapidly quenched in the lattice on the time scale of one femtosecond due to interatomic electron hoppings. In combination, these two processes result in a demagnetization within hundred or a few hundred femtoseconds after laser-pulse absorption.

Femtosecond wavepacket interferometry using the rotational dynamics of a trapped cold molecular ion

A Ramsey-type interferometer is suggested, employing a cold trapped ion and two time-delayed offresonant femtosecond laser pulses. The laser light couples to the molecular polarization anisotropy, inducing rotational wavepacket dynamics. An interferogram is obtained from the delay dependent populations of the final field-free rotational states. Current experimental capabilities for cooling and preparation of the initial state are found to yield an interferogram visibility of more than 80%. The interferograms can be used to determine the polarizability anisotropy with an accuracy of about ±2%, respectively ±5%, provided the uncertainty in the initial populations and measurement errors are confined to within the same limits.

Lehrende als ‘agents of change’ - Konzeptionelle Überlegungen zu einer kinderrechtlichen Annotation und Ausdeutung der Standards für die Lehrerbildung

Die Dissertation geht von der Überlegung aus, dass ein Wandel im deutschen Bildungssystem aufgrund kinderrechtlicher und demokratischer Überlegungen eine essenzielle Zukunftsaufgabe ist. Dies geschieht im Besonderen vor dem Hintergrund kinderrechtlicher Forderungen, wie sie beispielsweise aus dem Status Deutschlands als Mitgliedsland der UN-Kinderrechtskonvention und des UN-Übereinkommens über die Rechte von Menschen mit Behinderung entstehen: Die Korrelation zwischen Herkunft und Bildungserfolg sowie die noch konzeptionell ungenügend entwickelten Ansätze zur Inklusion werden als bestimmend für die Diskussion erkannt. Die Arbeit vertritt die These, dass Lehrende eine zentrale Rolle in einem notwendigen Prozess der Umwandlung des deutschen Bildungssystems spielen können und nimmt in emanzipatorischer Absicht die Lehrenden als Zielgruppe in den Blick. Aufgrund der Struktur der Lehrendenausbildung wird zudem dafür argumentiert, entsprechende Veränderungen im Sinne ihrer Nachhaltigkeit und flächendeckenden Relevanz in der Lehrendenausbildung des ersten universitären Ausbildungsabschnittes zu verankern. Als Instrument, welches die Kriterien von Nachhaltigkeit und umfassender Relevanz erfüllt, werden die Standards für die Lehrerbildung im Bereich Bildungswissenschaften benannt und theoretisch unterfüttert. Grundsätzlich spannt sich der Blickwinkel der Arbeit zwischen der Betrachtung der Struktur des Bildungssystems, des Wissens und Könnens von Lehrenden und Lernenden im Sinne der Kompetenzorientierung sowie der Haltung auf, welche Lehrende einnehmen. Dabei wird aufgezeigt, dass sich diese Faktoren wechselseitig auf vielfache Art und Weise beeinflussen. Auf der Basis dieser Überlegungen wird zunächst das deutsche Bildungssystem in seinen Strukturen beschrieben und die Lehrenden und Lernenden als Teilnehmende am Bildungsgeschehen skizziert. Ein exkursiver Vergleich dreier aufgrund kinderrechtlicher Parameter ausgewählter europäischer Bildungssysteme eruiert zudem, inwiefern die aufgezeigten Bestimmungsgrößen Struktur, Wissen/Können und Haltung Einfluss auf kinderrechtliche Verfasstheit des Bildungssystems nehmen, wobei die Grundprinzipien der UN-Kinderrechtskonvention hier als Messinstrument dienen. Davon ausgehend, erscheint pädagogische Haltung als eine wesentliche Einflussgröße, die im weiteren Verlauf der Arbeit im Sinne der kritischen Pädagogik zu einer Konzeption Pädagogischer Verantwortung verdichtet wird. Vor diesem Hintergrund erfolgt eine Betrachtung aktueller Problematiken im deutschen Bildungssystem, die sich an den in den Standards für die Lehrerbildung identifizierten Ausbildungsschwerpunkten orientiert und erneut die Prinzipien und rechtlichen Vorgaben der UN-Kinderrechtskonvention als Maßstab wählt. Auf der Grundlage dieser umfassenden Diskussion werden in einem sich anschließenden Analyseschritt Annotationen vorgenommen, die die Formulierungen der 11 Standards für die Lehrerbildung inhaltlich erweitern und ergänzen. In Verbindung mit einer Pädagogischen Verantwortung, die sich der Ausbildung kritischer Mündigkeit verpflichtet, werden die annotierten Standards als eine Möglichkeit der kinderrechtlichen (Selbst-)Evaluation von Lehrenden sowie als Instrument einer kinderrechtliche Gesichtspunkte fokussierenden Lehrendenbildung verstanden und dargestellt.