Untersuchungen zur Elektron-Phonon-Wechselwirkungen und zur Kohärente-Phononen-Kontrolle elektronischer Eigenschaften in Quantenmaterialien mittels Frequenzdomänen-ARPES

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Bauer; Professor Dr. Fabio Caruso, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 499426961

Frequenz-Domänen winkel-aufgelöste Photoemissionsspektroskopie (FDARPES) – eine Technik basierend auf der Fourieranalyse zeitaufgelöster ARPES (TRARPES) Daten – entwickelt sich derzeit zu einem vielversprechenden experimentellen Hilfsmittel bei der Untersuchung von Elektron-Phonon-Wechselwirkungsprozessen in Nichtgleichgewichtssystemen. Abgesehen von der Möglichkeit, damit transiente Änderungen in der elektronischen Struktur von Festkörpern auf Grund von Wechselwirkungen mit kohärenten Phononen (gleichphasige Schwingungen des Kristallgitters) zu beobachten, wurde diese Technik als neuartiger experimenteller Ansatz vorgeschlagen, um in direkter Weise Matrixelemente der Elektron-Phonon Kopplung zu vermessen. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass mit dieser Technik zeitliche Änderungen in der Spinaufspaltung von Bändern mit beispielloser Detailgenauigkeit untersucht werden können. Trotz dieser besonderen Möglichkeiten wurde FDARPES bisher nur in zwei experimentellen Studien genutzt. Ziel dieses Projektes ist es zu untersuchen, inwiefern FDARPES als Diagnostik für die Untersuchung lichtinduzierter Phänomene in Quantenmaterialien genutzt werden kann. In einem kombinierten experimentellen und theoretischen Ansatz wollen wir insbesondere die Einsatzmöglichkeiten der FDARPES-Technik zur Untersuchung von Elektron-Phonon-Wechselwirkungen, von Spin-Orbit-Kopplung und der Dephasierung kohärenter Phononen in Festkörpern in einem systematischen und quantitativen Ansatz bestimmen. Wir werden qualitativ hochwertige FDARPES-Experimente an den Schichtkristallen Td-MoTe2 und 1T’-MoTe2 aus der Materialklasse der Übergangsmetalldichalkogenide durchführen. Diese Verbindungen zeigen ein vielfältiges Spektrum an kohärenten Phononen, ein wichtige Voraussetzung für FDARPES-Messungen. Darüber hinaus sind die beiden Allotrope über einen Phasenübergang miteinander verbunden, der durch Licht induziert werden kann. Wir werden im Weiteren die Eignung der FDARPES-Technik in Hinblick auf eine direkte Bestimmung von Matrixelementen der Elektron-Phonon und Phonon-Phonon-Kopplung über eine Analyse der FDARPES-Intensitäten untersuchen. Schließlich planen wir, ein Konzept zur Kontrolle von Spinaufspaltung und des Rashba-Dresselhaus-Effektes basierend auf transientem Bruch der Inversionssymmetrie durch Anregung kohärenter Scherphononenmoden zu etablieren. Experimentelle Untersuchungen werden ergänzt durch (i) modernste ab-initio Rechnungen zur Elektron-Phonon-Wechselwirkung und (ii) die Entwicklung eines neuen theoretischen und rechnergestützten Modells zur Untersuchung der Entstehung und der Dephasierung kohärenter Phononen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Zypern
• Kooperationspartner: Dr. Marios Zacharias