Nichtlineares Spektrometer für kollineares Vierwellenmischen

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517518222

Beantragt wird ein kollineares nichtlineares Spektrometer mit Rasterscanfunktion und dazugehöriger breitbandiger kohärenter Laserlichtquelle zur kontinuierlich durchstimmbaren Erzeugung ultrakurzer Laserpulse im Bereich zwischen 570 nm und 930 nm. Das nichtlineare Spektrometer wird für räumlich hochaufgelöstes kollineares Vierwellenmischen und zur zweidimensionalen Fouriertransformationsspektroskopie eingesetzt werden, um somit gleichzeitig das Spektrum, inhomogene Linienbreiten, homogene Linienbreiten und Kopplungen zwischen Zuständen schnell und effizient zu charakterisieren. Das nichtlineare Spektrometer wird dabei als modernes Spektroskopiewerkzeug einen signifikanten Beitrag zur Beantwortung hochaktueller Forschungsfragen leisten und auch zur schnellen und effizienten Vorcharakterisierung von Proben dienen. Konkrete Forschungsfragen beinhalten unter anderem (a) die Frage der Kopplung zwischen Rydbergexzitonen im Volumenhalbleiter Cu2O und die kaskadierte Relaxation von Rydbergexzitonen entlang von Zuständen verschiedener Hauptquantenzahl. (b) den Ursprung und des Verhaltens von hypersensitiven Übergängen passivierter Lanthanoxidschichten, die hochsensitiv auf kleinste Änderungen der physikalischen Umgebung reagieren und somit ideale Kandidatensysteme für die Quantensensorik darstellen. (c) den Einfluss nominell dunkler Exzitonzustände auf Polaritonkondensate. Aufgrund von Symmetriebrechungen sind optische Übergänge zu diesen Zuständen oft schwach erlaubt. Die Abhängigkeit der Stärke der Symmetriebrechung von der Umgebung und auch die Kopplung und Interaktion zwischen hellen und dunklen Zuständen sind spektroskopisch mit konventionellen Ansätzen nur schwer experimentell zugänglich. (d) die Untersuchung und Optimierung der Dephasierungsraten heller Exzitonniveaus in Perovskiten. In manchen Materialklassen ist hier bereits bekannt, dass ein komplexes Zusammenspiel aus der räumlichen Ausdehnung der Perovskitstruktur, der Energieniveaustruktur der Exzitonlevel und der Dephasierungsrate existiert. Der Einfluss der Umgebung auf dieses komplexe Zusammenspiel ist eine wichtige Frage für technologische Anwendungen von Perovskiten. (e) die Frage des Einflusses nicht-Markov’scher Wechselwirkungen mit Phononen in kolloidalen Nanoplatelets. (f) Anwendungen der zweidimensionalen Fouriertransformationsspektroskopie im Bereich chemischer Fragestellungen. Die Möglichkeit, schnell und mit hoher räumlicher Auflösung die homogenen Linienbreiten von Exzitonzuständen und die Kohärenzen und Kopplungen zwischen verschiedenen Zuständen zu messen, bringt fundamentale neue spektroskopische Kompetenzen in die Arbeitsgruppe, die die Breite der bearbeitbaren Fragestellungen in der Halbleiterspektroskopie vor Ort erheblich erweitern werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Nichtlineares Spektrometer für kollineares Vierwellenmischen
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr. Marc Alexander Aßmann