Femtosekunden-Dynamik in Materialien mit Schichtstruktur

• Antragsteller: Professor Dr. Daniele Brida
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 262037222

Ziel dieses Projektes stellt die Untersuchung ultraschneller Dynamik von Elektronen in der Klasse von Materialien mit Schichtstruktur dar. Diese umfasst sowohl zweidimensionale Systeme mit atomar dünner Schichtdicke, wie auch topologische Isolatoren und unkonventionelle Supraleiter, wobei die Ordnung der Dimension und die mikroskopische Physik des zweidimensionalen Elektronengases eine Schlüsselrolle spielen. Dieses Forschungsgebiet benötigt signifikante Fortschritte in Bezug auf Techniken der ultraschnellen Spektroskopie und der Entwicklung eines neuen Versuchsaufbaus zur Untersuchung der Femtosekunden-Dynamik, welche durch gepulste Photoanregung iniziiert wird. Das spezielle Interesse an der Physik von Materialien mit Schichtstruktur geht von deren besonderen Eigenschaften aus, welche zur Herstellung atomar dünner Elektronik und Optoelektronik technologisch ausgenutzt werden können. Dies erlaubt es, bestehende Grenzen für die Miniaturisierung aktueller Halbleitertechnologie zu unterschreiten.Ein fortschrittliches System für ultraschnelle Spektroskopie wird benötigt, um ein vollständiges Verständnis grundlegender Prozesse wie Elektron-Elektron- und Elektron-Phonon-Streuung in diesen Systemen zu erlangen. Dieses muss sowohl eine außerordentlich hohe Zeitauflösung und damit verbunden eine weite spektrale Abdeckung, als auch eine besonders große Messempfindlichkeit bereitstellen. Genauer wird das Augenmerk auf der Generation extrem kurzer optischer Impulse in mehreren Spektralbereichen liegen, um diese in Zweifarben-Anrege-Abfrage-Experimenten zu verwenden. Dabei besteht das Ziel, eine Zeitauflösung besser als 10 Femtosekunden zu erreichen. Eine hohe Repetitionsrate erlaubt eine sensitive Detektion kleinster Messsignale, wie sie in Materialien mit wenigen oder nur einer einzigen atomaren Lage auftreten. Mit den neuartigen spektroskopischen Techniken, die in diesem Projekt entwickelt werden, wird der Grundstein für die Entschlüsselung von grundlegenden Ladungsträgerdynamiken gelegt, auf welchen die optischen und elektronischen Eigenschaften der zweidimensionalen Systeme beruhen.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen