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Magunia A, Rebholz M, Appi E, Papadopoulou CC, Lindenblatt H, Trost F, Meister S, Ding T, Straub M, Borisova GD, Lee J, Jin R, von der Dellen A, Kaiser C, Braune M, Düsterer S, Ališauskas S, Lang T, Heyl C, Manschwetus B, Grunewald S, Frühling U, Tajalli A, Wahid AB, Silletti L, Calegari F, Mosel P, Morgner U, Kovacev M, Thumm U, Hartl I, Treusch R, Moshammer R, Ott C, Pfeifer T. Time-resolving state-specific molecular dissociation with XUV broadband absorption spectroscopy. SCIENCE ADVANCES 2023; 9:eadk1482. [PMID: 37992169 PMCID: PMC10664994 DOI: 10.1126/sciadv.adk1482] [Citation(s) in RCA: 0] [Impact Index Per Article: 0] [Reference Citation Analysis] [Abstract] [Track Full Text] [Subscribe] [Scholar Register] [Received: 08/04/2023] [Accepted: 10/24/2023] [Indexed: 11/24/2023]
Abstract
The electronic and nuclear dynamics inside molecules are essential for chemical reactions, where different pathways typically unfold on ultrafast timescales. Extreme ultraviolet (XUV) light pulses generated by free-electron lasers (FELs) allow atomic-site and electronic-state selectivity, triggering specific molecular dynamics while providing femtosecond resolution. Yet, time-resolved experiments are either blind to neutral fragments or limited by the spectral bandwidth of FEL pulses. Here, we combine a broadband XUV probe pulse from high-order harmonic generation with an FEL pump pulse to observe dissociation pathways leading to fragments in different quantum states. We temporally resolve the dissociation of a specific O2+ state into two competing channels by measuring the resonances of ionic and neutral fragments. This scheme can be applied to investigate convoluted dynamics in larger molecules relevant to diverse science fields.
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Affiliation(s)
- Alexander Magunia
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Marc Rebholz
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Elisa Appi
- Leibniz University Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
| | | | - Hannes Lindenblatt
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Florian Trost
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Severin Meister
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Thomas Ding
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Michael Straub
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Gergana D Borisova
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Junhee Lee
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
- Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg, Grabengasse 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Rui Jin
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | | | - Christian Kaiser
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Markus Braune
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Stefan Düsterer
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | | | - Tino Lang
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Christoph Heyl
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
- Helmholtz Institute Jena, Fröbelstieg 3, 07743 Jena, Germany
- GSI Helmholtzzentrum für Schwerionenforschung, Planckstraße 1, 64291 Darmstadt, Germany
| | - Bastian Manschwetus
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Sören Grunewald
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Ulrike Frühling
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Ayhan Tajalli
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Ammar Bin Wahid
- Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Laura Silletti
- Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Francesca Calegari
- Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestr. 85, 22607 Hamburg, Germany
- Physics Department, Universität Hamburg, Luruper Chaussee 149, 22761 Hamburg, Germany
| | - Philip Mosel
- Leibniz University Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
| | - Uwe Morgner
- Leibniz University Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
| | - Milutin Kovacev
- Leibniz University Hannover, Welfengarten 1, 30167 Hannover, Germany
| | - Uwe Thumm
- J. R. Macdonald Laboratory, Kansas State University, Manhattan, KS 66506,USA
| | - Ingmar Hartl
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Rolf Treusch
- Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), Notkestraße 85, 22607 Hamburg, Germany
| | - Robert Moshammer
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Christian Ott
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
| | - Thomas Pfeifer
- Max-Planck-Institut für Kernphysik, Saupfercheckweg 1, 69117 Heidelberg, Germany
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