Ultraschnelle Photoakustik in Perowskit-Halbleiterkristallen

• Antragsteller: Dr. Dmytro Horiachyi
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536987509

Akustische Phononen mit hohen Frequenzen im Spektralbereich ab 10 GHz können zur schnellen Manipulation optischer, elektronischer und magnetischer Eigenschaften im Festkörper verwendet werden. In dieser Hinsicht stellen Perowskit-Halbleiter ein besonders interessantes System dar, das hervorragende optische Eigenschaften und eine große Vielfalt an strukturellen Phasenübergängen vereint. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, die neuen Aspekte der Phononenphysik in Perowskit-Halbleitern zu erforschen und eine effiziente lichtinduzierte Erzeugung kohärenter Phononen in Perowskit-Halbleitern mithilfe einer Folge von fs-Laserpulsen zu etablieren. Wir werden uns auf Materialien mit direkter und indirekter Bandlücke wie Methylammonium-Bleiiodid und bleifreien anorganischen Doppelperowskiten konzentrieren, die bei Senkung der Temperatur einen Phasenübergang von der kubischen in die tetragonale Phase durchlaufen. Im ersten Schritt werden wir die elastischen Eigenschaften in der Nähe struktureller Phasenübergänge untersuchen, bei denen eine Aufweichung des Gitters zu einer signifikanten Änderung der Phononenfrequenzen führt. Als nächstes werden wir die mikroskopischen Mechanismen für die optische Erzeugung hochfrequenter kohärenter Phononen mit Femtosekunden-Laserpulsen erarbeiten, wobei die Anregung von Elektron-Loch-Paaren eine wichtige Rolle spielen sollte. Schließlich werden wir uns auf die periodische optische Anregung konzentrieren und die Abstimmbarkeit der Quelle kohärenter Phononen testen, indem wir die Laserpulswiederholungsrate um einige Größenordnungen von 80 MHz bis zur Endfrequenz von 10 GHz variieren. Die Dynamik von Phononen wird mithilfe einer zeitaufgelösten Pump-Probe-Technik mit einer räumlichen Auflösung im Mikrometerbereich untersucht. Letzteres beinhaltet die Kombination mit polarisationsaufgelöster Brillouin-Spektroskopie, die zur Auswertung der elastischen und elastooptischen Eigenschaften des Perowskit-Halbleiters und zur Untersuchung des Spektrums von Nichtgleichgewichtsphononen bei Anregung mit fs-Pulsen verwendet wird. Die erzielten Ergebnisse werden wesentlich zur Entwicklung einer optisch angetriebenen Quelle kohärenter Phononen in Perowskit-Halbleitern beitragen und neuartige photonische und optoelektronische Geräte initiieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle