STM Untersuchung von elektronisch getriebenen Oberflächenmodifikationen unterhalb des thermischen Schmelzpunktes

• Antragstellerin: Professorin Dr. Karina Morgenstern
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436994487

Hochenergetische Laserpulse erlauben es, Oberflächeneigenschaften des bestrahlten Materials gezielt zu verändern, indem sie die Struktur oberflächennaher Schichten auf atomarer Skala verändern. Dieses Prinzip ist für vielfältige Anwendungen verwendet worden. Da Ultrakurzzeitpulse das bestrahlte Material in einen Nichtgleichgewichtszustand treiben, erlaubt deren Verwendung, Materialverhalten unter Extrembedingungen zu untersuchen und zu verstehen. Es hat sich gezeigt, dass Ultrakurzzeitpulse die Kristallordnung von Halbleitern auch mit Fluenzen unterhalb der thermischen Schmelzgrenze zerstören. Diese Zerstörung findet auf der Subpikosekundensakla statt, d.h. bevor die Laserenergie vom elektronischen in das phononische System übertragen wurde, und wird darum elekronisches oder nicht-thermische Schmelzen genannt. Theorie führte diesen Vorgang auf eine Erweichung des Phononenspektrums aufgrund der Elektronenverarmung in oberflächennahen Schichten zurück. Für Metalle wurde unter ähnlicher Bestrahlung eine Erhärtung des Phonenspektrums vorhergesagt, Die damit verbundene Vervielfachung der Schmelztemperatur würde ein nicht-thermische Schmelzen verhindern. Im krassen Gegensatz zu diesen Vorhersagen zeigen unsere Vorarbeiten, dass Femtosekundenlaserpulse Adatome und Leerstellen an Metalloberflächen erzeugen. In diesem Projekt werden wir die Vorteile unseres kombinierten Femtosekundenlaser-Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskops verwenden, um die Veränderung von Metalloberflächen durch Ultrakurzzeitlaserpulse unterhalb der Schmelzgrenze für verschiedene Materialien und Orientierungen auf mikroskopischer Skala systematisch zu untersuchen, um so die physikalischen Grundlagen des nicht-thermischen Schmelzens von Metallen zu verstehen. Ziel ist ein atomares Verständnis der Wechselwirkung von Ultrakurzzeitpulsen mit Metalloberflächen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen