Intensive Mittelinfrarot-Laserquelle mit wenigen Zyklen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 513340870

Die Untersuchung von Starkfeldphänomenen in Festkörpern kann von der Verwendung intensiver Laserquellen mit wenigen Zyklen im mittleren Infrarotbereich des Spektrums enorm profitieren. Laser im mittleren Infrarotbereich sind besser geeignet, um starke Felder in Materialien mit geringer Bandlücke wie Halbleitern, lichtsammelnden Perowskiten, 2D-Materialien sowie Materialien von biologischem Interesse zu erzeugen. Mit einer durchschnittlichen Bandlückenenergie in der Größenordnung von 1-2 eV erleiden Halbleiter, die optischen Feldern (1 eV -2 eV) ausgesetzt sind, optische Schäden, bevor eine extreme nichtlineare Reaktion effizient ausgelöst werden kann. Mit Pulsen im mittleren Infrarot kann diese Barriere überwunden werden. Mittlere Infrarotfelder und optische Felder ermöglichen die Anregung und Untersuchung von mehr Freiheitsgraden als der elektronischen Reaktion, z. B. Phononen. Die Kombination von Pulsen im mittleren Infrarotbereich und optischen Attosekundenpulsen könnte die Entwicklung der dynamischen Pikoskopie ermöglichen, d. h. die Erforschung der Elektronendynamik in Materie sowohl in Raum als auch in Zeit. Die Möglichkeit der Starkfeldemission aus nanostrukturierten Materialien - eine neue und vielversprechende Forschungsrichtung in unserer Gruppe - kann wiederum von der Dauer ultrakurzer optischer Pulse profitieren, aber ihre Energie liegt sehr nahe an der typischen Arbeitsfunktion von Festkörpern (< 5 eV), was wiederum eine gewaltige Grenze für das maximale elektrische Feld darstellt, das ausgeübt werden kann. Wir werden weiter unten sehen, dass Photoemissionsexperimente, die das Potenzial zur Erzeugung und Kontrolle von Elektronenpulsen bieten, drastisch verbessert werden können, wenn die Trägerenergie des treibenden Feldes in den mittleren Infrarotbereich des Spektrums verschoben wird. Wir schlagen die Beschaffung eines phasenstabilisierten Lasersystems im mittleren Infrarotbereich (2 Mikrometer) mit einer Energie im Bereich von ~250 Mikrojoule vor. Dieses System wird für eine Reihe von Untersuchungen von Starkfeldphänomenen in Festkörpern eine wesentliche Rolle spielen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Intensive Mittelinfrarot-Laserquelle mit wenigen Zyklen
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Universität Rostock
• Leiter: Professor Eleftherios Goulielmakis, Ph.D.