Hochleistungsultrakurzpuls-Lasersystem zur synchronen Erzeugung ultrakurzer THz-Pump- und VUV-Abtastimpulse

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445487514

Das beantragte Hochleistungsultrakurzpuls-Lasersystem soll zusammen mit einer darauf abgestimmten Vakuumultraviolett-Quelle phasenstarre Subzyklen-Pumpimpulse im Multi-THz-Bereich sowie Vakuumultraviolett-Abtastimpulse mit Photonenenergien zwischen 20 und 30 eV bei Wiederholraten zwischen 10 und 200 kHz erzeugen.Aufbauend auf unseren jüngst durchgeführten Subzyklen-ARPES-Experimenten (winkelaufgelöste Photoelektronenspektroskopie) [Nature 562, 396 (2018)] sollen erstmals Femtosekunden-Zeitlupenfilme von Elektronen aufgenommen werden, die durch das elektrische Trägerfeld von Licht durch die gesamte Bandstruktur von Festkörpern getrieben werden. In einer Vielfalt moderner Quantenmaterialien wie Graphen, Übergangsmetall-Dichalkogeniden oder topologischen Isolatoren können so Kernaspekte ultraschneller Elektronendynamik direkt auf den relevanten Zeit- und Energieskalen aufgeklärt werden. Beispiele sind die Beobachtung von dynamischen Bloch-Oszillationen und das ultraschnelle Schalten des Valley-Pseudospins oder die Untersuchung stark korrelierter Elektronensysteme in der Band-struktur der zugrunde liegenden Festkörper. Die hohe Stabilität sowie die hohe Repetitionsrate der neuen Laserquelle sind überdies notwendig, um die schwache Emission hoher Harmonischer aus atomar dünnen Materialien oder topologischen Oberflächenzuständen vermessen zu können. Im Zentrum des Interesses stehen Lichtwellen-Elektronik und -Spintronik in topologischen Isolatoren, die von Erwin Schrödinger vorhergesagte Zitterbewegung sowie topologisch nicht-triviale Quantenpfade. Schließlich soll das System auch zur Untersuchung theo-retisch vorhergesagter Effekte nichtadiabatischer Resonator-Quantenelektrodynamik, ähnlich der Unruh-Hawking-Strahlung schwarzer Löcher, eingesetzt werden.Die Laserquelle ist vor allem ein strategisches Schlüsselelement für die Erforschung emergent relativistischer Effekte in kondensierter Materie an der Universität Regensburg. Die Arbeiten stehen insbesondere im Zusammenhang mit dem Sonderforschungsbereich sowie bilateralen fachübergreifenden Kooperationen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Hochleistungsultrakurzpuls-Lasersystem zur synchronen Erzeugung ultrakurzer THz-Pump- und VUV-Abtastimpulse
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Universität Regensburg
• Leiter: Professor Dr. Rupert Huber