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Projekt
Anlage für zeit-, spin- und impulsaufgelöste Photoemission mit ultrakurzen Röntgenpulsen
Fachliche Zuordnung
Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung in 2025
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 566157266
Die zeitaufgelöste Photoelektronenspektroskopie mit ultrakurzen Röntgenpulsen hat sich in den letzten Jahren zu einer der vielseitigsten experimentellen Methoden zur Untersuchung fundamentaler Ultrakurzzeitphänomene in kondensierter Materie entwickelt. Sie erlaubt beispielsweise die Untersuchung der Femtosekundendynamik optisch angeregter Ladungs- und Spinträger in molekularen Adsorbatsystemen and Quantenmaterialien oder die Abbildung transienter Änderungen der spinabhängigen Bandstruktur magnetischer oder topologischer Systeme nach optischer Anregung. Selbst heute sind solche Experimente insbesondere für die Untersuchung des Spin-Freiheitsgrades noch immer sehr anspruchsvoll. Dies liegt vor allem an der typischerweise geringen Pulswiederholrate (<50 kHz) der Laborlichtquellen für ultrakurze Pulse im weichen Röntgenbereich und der geringen Detektionseffizienz der heute üblichen Spindetektoren, so dass die erreichbare Datenqualität (bzw. das erforderliche Signal-Rausch-Verhältnis) für belastbare Interpretationen der Messergebnisse meist nicht ausreicht. Diese Herausforderungen konnten erst in den letzten Jahren durch neuste Innovationen in der Lasertechnologie als auch in der Entwicklung neuer Spindetektorkonzepte, sogenannter VLEED Detektoren, überwunden werden. Hier wird ein daher ein „vollständiges“ Photoelektronenspektroskopie-Experiment beantragt, das neben der Zeit-, Spin-, Energie- und Impulsauflösung innerhalb der gesamten Brillouin-Zone auch über eine durchstimmbare Laborlichtquelle für ultrakurze Pulse im weichen Röntgenbereich (30 eV - 100 eV) verfügt. Seine Hauptkomponenten sind zum einen ein Hochleistungs-Faserlasersystem mit Pulswiederholraten von mindestens 100 kHz mit nachgeschalteter nichtlinearer Kompressionsstufe für sub-50 fs Pulse sowie ein optisch parametrisches Verstärkersystem. Ein solches Gesamtsystem erlaubt gleichzeitig die Erzeugung ultrakurzer Röntgenpulse durch Höheren Harmonischen Generation sowie von durchstimmbarer ultrakurzer Laserstrahlung zur optischen Anregung der Materialien. Die zweite Hauptkomponente ist ein Photoelektronspektroskopiesystem mit einem hemisphärischen Elektronenanalysator mit großer Winkelakzeptanz (±30°) für zwei orthogonale Impulsrichtungen der Elektronen in fester experimenteller Geometrie und einem nachgeschalteten hocheffizienten vektoriellen Spindetektor zur Bestimmung der Spinpolarisation der Photoelektronen in allen drei Raumrichtungen. Dieses neuartige System für ultraschnelle Photoemissionsexperimente wird einzigartige Einblicke in die vollständige spinabhängige Bandstrukturdynamik von niedrigdimensionalen Quantenmaterialien und magnetischen und topologischen Systemen auf einer Zeitskala von wenigen fs liefern und damit die Grundlage für kohärente Kontrollprotokolle auf kürzesten Zeit- und kleinsten Längenskalen bilden.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Anlage für zeit-, spin- und impulsaufgelöste Photoemission mit ultrakurzen Röntgenpulsen
Gerätegruppe
1780 Photoelektronenspektrometer (UPS und XPS)
Antragstellende Institution
Universität Augsburg
