Terahertz-Spektrometer mit räumlicher Auflösung im Nanometerbereich

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564094155

Ziel dieses Großgeräts ist es, einen Versuchsaufbau zu etablieren, der sowohl lokale optische Eigenschaften im Terahertzfrequenzbereich als auch Femtosekunden-Ladungs- und Spin-Photoströme mit räumlicher Auflösung im Nanometerbereich misst. Femtosekunden und Nanometer sind die entscheidenden zeitlichen und räumlichen Skalen vieler grundlegender Prozesse in Festkörpern, wie z. B. die Relaxation der Energie, des linearen Impulses und des Drehimpulses von Elektronen. Ein besonders faszinierendes Gebiet der Festkörperforschung ist die Spinorbitronik, die darauf abzielt, den Spin und den Bahndrehimpuls von Elektronen für die künftige Hochgeschwindigkeitsdatenverarbeitung zu nutzen. Die Leistung dieser spinorbitronischen Anwendungen wird entscheidend von den Wechselwirkungen der Ladung und des Drehimpulses des Elektrons mit Heterogenitäten auf Nanometerlängenskalen beeinflusst, zu denen kristallografische oder magnetische Domänenwände und Grenzflächen der Bauteile gehören. Zu den spezifischen Wechselwirkungen, die für die Spinorbitronik von Interesse sind, gehören die Drude-ähnliche Relaxation des linearen Impulses in Metallen, durch Spin-Bahn-Kopplung vermittelte Spin-Flips, die Drehimpuls auf das Ionengitter übertragen, oder das Spin-Drehmoment, das durch einen Spinstrom auf eine nicht-kollineare Magnetisierung ausgeübt wird. Trotz der immensen Bedeutung dieser dynamischen Prozesse sind experimentelle Ansätze zu ihrer gleichzeitigen Auflösung auf der relevanten Nanometer-/Femtosekunden-Skala sehr begrenzt verfügbar und typischerweise technologisch sehr anspruchsvoll. Die beantragte Großgeräteausstattung wird es uns ermöglichen, die optischen THz-Eigenschaften und die ultraschnelle Dynamik von Ladungs- und Drehimpulsströmen in Festkörpern auf Nanometer- und Femtosekundenskalen zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Terahertz-Spektrometer mit räumlicher Auflösung im Nanometerbereich
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Freie Universität Berlin
• Leiter: Professor Dr. Tobias Kampfrath