Normal-incidence-Photoemissions-Elektronenmikroskop
Final Report Abstract
Kohärente 2D Nanoskopie: Mit dieser neu entwickelten Methode lässt sich der kohärente Energietransport zwischen unterschiedlichen, gekoppelten elektronischen Anregungen mit einer zeitlichen Auflösung im Femtosekundenbereich und einer räulmlichen Auflösung im Nanometerbereich detektieren. Die räumliche Auflösung des Photoemissions-Elektronenmikroskops ermöglicht dabei die Umgehung der Problematik der inhomogenen Verbreiterung bei der Untersuchung von Ensemble-Systemen. Das zu untersuchende System wird mit einer wohldefinierten Folge ultrakurzer Lichtpulse bestrahlt und das generierte Photoelektronensignal mittels zweidimensionaler Fouriertransformation ausgewertet. Mittels dieser Technik wurden langlebige, kohärente Kopplungen lokalisierter und ausgedehnter Plasmon-Polariton-Moden auf einer zufällig orientierten Silberoberfläche nachgewiesen. Dieser Mechanismus könnte einer der wesentlichen Mechanismen der oberflächenverstärkten Ramanstreuung darstellen, dessen Ursache bisher noch nicht eindeutig adressiert werden konnte. Mit Hilfe dieser Technik konnte darüber hinaus nachgewiesen werden, dass die Effizienzsteigerung durch Oberflächenstrukturierung von Solarzellen auf die Ausbildung von photonischen Moden durch Vielfachstreuung an der Materialoberfläche zustande kommt. Die 2D Nanoskopie lässt sich insbesondere aber auch auf metall-organische Hybridstrukturen anwenden. Im Fokus des Interesses stehen hierbei insbesondere Moleküle, die in der organischen Spintronik zum Einsatz kommen. Unser Interesse gilt hier insbesondere dem Anregungsprozess langlebiger Molekülzustände. Plasmonik: Echtzeit- und Realraumabbildung der Propagation von Oberflächen-Plasmon Polaritonen: Durch den Einsatz der neuen Anregungsgeometrie des PEEMs ist es möglich, die Oberflächenwellen direkt abzubilden. Der direkte Zugang ermöglicht die vereinfachte Entwicklung optischer Elemente wie Fokussiereinheiten oder Spiegel und ermöglicht daher den Zugang zu z. B. Analyse-Methoden für Oberflächenplasmonen wie integrierte Interferometer. Optischen Nanoantennen: Neben propagierenden Plasmonen werden lokalisierte Plasmonenresonanzen untersucht. Optische Nanoantennen eignen sich insbesondere zur lokalen Verstärkung des elektrischen Lichtfeldes und ermöglichen damit die Umgehung des optischen Beugungslimits. Mit Hilfe des neuen PEEMs konnte eindeutig gezeigt werden, dass abhängig von der Einstrahlgeometrie die Anregung einer dunklen Mode (Quadrupol-Mode) möglich bzw. gezielt unterdrückt werden kann. Abbildung magnetischer Domänen: Durch Einsatz des PEEMs ist es zum ersten Mal gelungen, die magnetischen Domänen einer Selten- Erd-Übergangsmetall-Verbindung mittels magnetischem Zirkulardichroismus in Schwellenphotoemission abzubilden. Dies ist von besonderem Interesse, da sich die Magnetisierung dieser Materialien allein mit Laserlicht umkehren lässt und daher mögliche Kandidaten für eine rein optische Speichertechnologie darstellen. Allerdings ist der zugrunde liegende mikroskopische Mechanismus der rein optisch induzierten Magnetisierungsumkehr bisher noch unklar. Die Analyse des energieabhängigen magnetischen Zirkulardichroismus erlaubt eine Aussage über die involvierten Zustände und ist daher eine komplementäre Technik zu den bisher eingesetzten meist rein optischen Methoden. Die Implementierung verstärkter Laserpulse hoher Energie wird zusätzlich die zeitaufgelöste Domänenbildung mit einer zeitlichen Auslösung im Femtosekundenbereich und über die Analyse der elektronischen Spektren auch die zeitliche Entwicklung der involvierten Zustände erlauben. Dies birgt die Perspektive, den Prozess der rein optisch induzierten Magnetisierungsumkehr nicht nur phänomenologisch, sondern auch insbesondere auch mikroskopisch zu verstehen.
Publications
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Nano-optical control of hot-spot field superenhancement on a corrugated silver surface. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics, 18, 1 (2012)
M. Aeschlimann, T. Brixner, S. Cunovic, A. Fischer, P. Melchior, W. Pfeiffer, M. Rohmer, C. Schneider, C. Strüber, P. Tuchscherer, and D. V. Voronine
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Optimal open-loop near-field control of plasmonic nanostructures. New Journal of Physics, 14, 033030 (2012)
M. Aeschlimann, M. Bauer, D. Bayer, T. Brixner, S. Cunovic, A. Fischer, P. Melchior, W. Pfeiffer, M. Rohmer, C. Schneider, C. Strüber, P. Tuchscherer, and D. V. Voronine
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Coherent spectroscopies on ultrashort time and length scales. EPJ Web of Conferences, 41:09017 (2013)
T. Brixner, M. Aeschlimann, A. Fischer, P. Geisler, S. Goetz, B. Hecht, J.-S. Huang, T. Keitzl, C. Kramer, P. Melchior, W. Pfeiffer, G. Razinskas, C. Rewitz, C. Schneider, C. Strüber, P. Tuchscherer, and D. V. Voronine
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Energy-resolved magnetic domain imaging in TbCo alloys by valence band photoemission magnetic circular dichroism. Physical Review B 88, 104415 (2013)
P. Melchior, M. Rollinger, P. Thielen, S. Alebrand, U. Bierbrauer, C. Schneider, M. Gottwald, M. Hehn, S. Mangin, M. Cinchetti, and M. Aeschlimann
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Spatiotemporal characterization of SPP pulse propagation in twodimensional plasmonic focusing devices. Nano Letters, 13, 1053 (2013)
C. Lemke, C. Schneider, T. Leißner, D. Bayer, J. W. Radke, A. Fischer, P. Melchior, A. B. Evlyukhin, B. N. Chichkov, C. Reinhardt, M. Bauer, and M. Aeschlimann
