@phdthesis{Roeding2018,
  author    = {R{\"o}ding, Sebastian},
  title     = {Coherent Multidimensional Spectroscopy in Molecular Beams and Liquids Using Incoherent Observables},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-156726},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Umsetzung einer experimentellen Herangehensweise, welche die koh{\"a}rente zweidimensionale (2D) Spektroskopie an Proben in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden erm{\"o}glicht. Hierzu wurde zun{\"a}chst ein Aufbau f{\"u}r fl{\"u}ssige Proben realisiert, in welchem die emittierte Fluoreszenz als Messsignal zur Aufnahme der 2D Spektren genutzt wird. Im Gegensatz zu dieser bereits etablierten Methode in der fl{\"u}ssigen Phase stellt die in dieser Arbeit außerdem vorgestellte 2D Spektroskopie an gasf{\"o}rmigen Proben in einem Molekularstrahl einen neuen Ansatz dar. Hierbei werden zum ersten Mal Kationen mittels eines Flugzeitmassenspektrometers als Signal verwendet und somit ionen-spezifische 2D Spektren isolierter Molek{\"u}le erhalten. Zus{\"a}tzlich zu den experimentellen Entwicklungen wurde in dieser Arbeit ein neues Konzept zur Datenerfassung in der 2D Spektroskopie entworfen, welches mit Hilfe einer optimierten Signalabtastung und eines Compressed-Sensing Rekonstruktionsalgorithmus die Aufnahmezeit der Daten deutlich reduziert. Charakteristisch f{\"u}r die in dieser Arbeit eingesetzte Variante der 2D Spektroskopie ist die Verwendung einer phasenkoh{\"a}renten Sequenz bestehend aus vier Laserimpulsen in einer kollinearen Laserstrahlgeometrie zur Anregung der Probe. Diese Impulssequenz wurde durch einen Laserimpulsformer erzeugt, der durch {\"A}nderung der relevanten Laserimpulsparameter mit der Wiederholrate des Lasers eine schnelle Datenerfassung erm{\"o}glicht. Die Antwort der Probe auf diese Anregung wurde durch inkoh{\"a}rente Observablen gemessen, welche proportional zur Population des angeregten Zustandes sind, wie zum Beispiel Fluoreszenz oder Ionen. Um aus diesem Signal w{\"a}hrend der Datenanalyse die gew{\"u}nschten nichtlinearen Beitr{\"a}ge zu extrahieren, wurde die Messung mit verschiedenen Kombinationen der relativen Phase zwischen den Laserimpulsen wiederholt ("Phase Cycling"). Der Aufbau zur 2D Spektroskopie in fl{\"u}ssiger Phase mit Fluoreszenz-Detektion wurde an Hand von 2D Spektren des Laserfarbstoffes Cresyl Violett charakterisiert. Hierbei wurden Oszillationen in verschiedenen Bereichen des 2D Spektrums beobachtet, welche durch vibronische Koh{\"a}renzen hervorgerufen werden und mit fr{\"u}heren Beobachtungen in der Literatur {\"u}bereinstimmen. Mit dem gleichen Datensatz wurde im n{\"a}chsten Schritt das neue Konzept zur optimierten Datenerfassung demonstriert. Um ein optimiertes Schema f{\"u}r die Signalabtastung zu finden, wurde ein genetischer Algorithmus implementiert, wobei nur ein Viertel der eigentlichen Datenpunkte zur Messwerterfassung verwendet werden sollte. Dies reduziert die Zeitdauer der Datenerfassung auf ein Viertel der urspr{\"u}nglichen Messzeit. Die Rekonstruktion des vollst{\"a}ndigen Signales erfolgte mit Hilfe einer neuartigen, kompakten Darstellung von 2D Spektren basierend auf der von Neumann Basis. Diese Herangehensweise ben{\"o}tigte im Vergleich zur {\"u}blicherweise verwendeten Fourier Basis nur ein Sechstel der Koeffizienten um das Signal vollst{\"a}ndig darzustellen und erm{\"o}glichte so die erfolgreiche Rekonstruktion der Oszillationen in Cresyl Violett aus einem reduzierten Datensatz. Mit Hilfe der neuartigen koh{\"a}renten 2D Spektroskopie an Molekularstrahlen wurden {\"U}berg{\"a}nge von hoch angeregten Rydberg-Zust{\"a}nden ins ionische Kontinuum in Stickstoffdioxid untersucht. Als dominierender Beitrag stellte sich hierbei der {\"U}bergang in auto-ionisierende Zust{\"a}nde heraus. Ein wesentlicher Vorteil der Datenerfassung {\"u}ber ein Flugzeitmassenspektrometer ist die M{\"o}glichkeit der gleichzeitigen Aufnahme von 2D Spektren der Edukte und Produkte einer chemischen Reaktion. Dies wurde in Experimenten zur Mehrphotonenionisation gezeigt, in denen deutliche Unterschiede in den 2D Spektren des Stickstoffdioxid-Kations und des Stickstoffmonoxid-Fragmentes sichtbar wurden, welche auf unterschiedliche Antwortfunktionen zur{\"u}ckzuf{\"u}hren sind. Die in dieser Arbeit entwickelten experimentellen Techniken erm{\"o}glichen die schnelle Aufnahme von 2D Spektren f{\"u}r Proben in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden und erlauben einen zuverl{\"a}ssigen, direkten Vergleich der Ergebnisse. Sie sind deshalb ein Wegbereiter f{\"u}r zuk{\"u}nftige Untersuchungen der Eigenschaften quantenmechanischer Koh{\"a}renzen in photophysikalischen Prozessen oder w{\"a}hrend photochemischer Reaktionen in unterschiedlichen Aggregatzust{\"a}nden.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}
@phdthesis{Schott2018,
  author    = {Schott, Sebastian},
  title     = {Identification of trihalide photodissociation patterns by global vibrational wavepacket analysis of broadband magic-angle transient absorption data},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:20-opus-159677},
  school      = {Universit{\"a}t W{\"u}rzburg},
  year      = {2018},
  abstract  = {The invention of laser pulse shapers allowed for various quantum control experiments, where a chemical reaction is guided by specifically tailored laser pulses. However, despite of the prominent role of the liquid phase in chemistry, no successful attempt for controlling the selectivity of a bond-fission reaction has yet been reported in this state of matter. Promising candidates for such an experiment are C\$_{\infty\mathrm{v}}\$-symmetric trihalide anions with two different chemical bonds like \$\ce{I2Cl-}\$, because these molecules notionally offer the most simplest selectivity-control scenario of breaking either the one or the other bond and they are expected to dissociate under ultraviolet (UV) irradiation like it is known for the most-studied trihalide \$\ce{I3-}\$. In order to investigate in this thesis the possibility that the dissociation reaction of such trihalides branches into two different photofragments, the ultrafast photodissociation dynamics of \$\ce{I3-}\$, \$\ce{Br3-}\$, \$\ce{IBr2-}\$ and \$\ce{ICl2-}\$ (point group D\$_{\infty\mathrm{h}}\$) as well as of \$\ce{I2Br-}\$ and \$\ce{I2Cl-}\$ (point group C\$_{\infty\mathrm{v}}\$) in dichloromethane solution were measured with broadband transient absorption spectroscopy in magic-angle configuration. The identification of the reaction pathway(s) relies on vibrational wavepacket oscillations, which survive the dissociation process and therefore carry not only informations about the reactant trihalides but also about the fragment dihalides. These characteristic vibrational wavenumbers were extracted from the measured transient absorption spectra by globally fitting the population dynamics together with the wavepacket dynamics. Until recently, such a combined model function was not available in the well-established fitting tool Glotaran. This made it inevitable to develop a custom implementation of the underlying variable-projection fitting algorithm, for which the computer-algebra software Mathematica was chosen. Mathematica's sophisticated built-in functions allow not only for a high flexibility in constructing arbitrary model functions, but also offer the possibility to automatically calculate the derivative(s) of a model function. This allows the fitting procedure to use the exact Jacobian matrix instead of approximating it with the finite difference method. Against the expectation, only one of the two thinkable photodissociation channels was found for each of the investigated C\$_{\infty\mathrm{v}}\$ trihalides. Since the photofragments recombine, their absorption signal as well as the reactant ground state bleach recover. This happens in a biexponential manner, which in the case of \$\ce{I3-}\$ was interpreted by Ruhman and coworkers with the direct formation of a neutral dihalogen fragment \$\ce{I2}\$ beside the negatively charged dihalide fragment \$\ce{I2-}\$. In this thesis, such a direct reaction channel was not found and instead the fast component of the biexponential decay is explained with vibrational excess energy mediating the recombination-preceding electron transfer process \$\ce{I2- + I -> I2 + I-}\$, while the slow component is attributed to cooled-down fragments. In addition to the trihalide experiments, the possibility of a magic-angle configuration for polarization-shaping control experiments was theoretically investigated in this thesis by deriving magic-angle conditions for the third-order electric-dipole response signal of arbitrarily polarized laser pulses. Furthermore, the subtleties of anisotropy signals violating the well-known range of \numrange{-0.2}{0.4} were studied.},
  subject      = {Femtosekundenspektroskopie},
  language  = {en}
}