Zeitaufgelöste Untersuchungen ultraschneller elektronischer Prozesse in zwei-dimensionalen Materialien im Bereich stark nicht-thermischen Bedingungen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bauer
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389191527

Im Rahmen des beantragten Projektes soll die Dynamik der elektronischen Primärprozesse in modellhaften zwei-dimensionalen Materialien im stark nicht-thermischen Zeitbereich untersucht werden, das heißt während und kurz nach der Anregung mit einem intensiven sub-7 Femtosekunden-Laserpuls. Die Untersuchungen sollen an graphitischen Materialien (Graphen und Graphit), sowie am halbleitenden Übergangsmetall-Dichalkogenid MoTe2 durchgeführt werden. Im Falle der beiden graphitischen Systeme soll im Detail der Einfluss von Elektron-Elektron Wechselwirkung und Elektron-Phonon Wechselwirkung auf den internen Thermalisierungsprozess des Elektronengases innerhalb der ersten 50 fs nach der optischen Anregung untersucht werden. Im Mittelpunkt der geplanten Experimente am Übergangsmetall-Dichalkogenid MoTe2 stehen transiente Bandrenormalisierungeffekte sowie ein auffälliger Mott-Übergang. Beide Phänomene werden mit Abschirmung durch freie Ladungsträger in Verbindung gebracht, die im Leitungsbandminimum bei Anregung mit intensiven Laserpulsen erzeugt werden. Die Untersuchungen werden mit einem in Kiel entwickeltem zeit- und winkelaufgelöstes Photoemissionsexperiment durchgeführt, das bei einer Zeitauflösung < 10 fs nahe am Fourierlimit betrieben werden kann. Damit eröffnet sich die Möglichkeit, die charakteristischen Energieskalen der involvierten elektronischen, phononischen und exzitonischen Freiheitgraden in den transienten Änderungen der elektronischen Struktur und auf den für die interessierenden Prozesse relevanten, extrem kurzen Zeitskalen direkt zu beobachten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen