Von Phononen zu Phasonen – Ultraschnelle Atomschwingungen in Quasikristallen

• Antragsteller: Dr. Yoav William Windsor
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553382698

Quasikristalle sind Festkörper mit „perfekter“ atomarer Fernordnung, jedoch ohne die weitreichende Periodizität, die herkömmliche Kristalle besitzen. Ihre Aperiodizität ermöglicht es Quasikristallen, „Phasonen“ zu beherbergen, Quasiteilchen atomarer Schwingungen, die sich von Phononen unterscheiden. Phasonen wurden kürzlich Überschallgeschwindigkeiten nachgewiesen, was auf einen neuen Mechanismus für den schnellen Wärmetransport hindeutet. Dies könnte als grundlegend neuer Ansatz zur Verbesserung der Effizienz und des Wärmemanagements in der Nanoelektronik dienen, was für die Umwelt von großer Bedeutung ist. Ziel dieses Projekts ist es, die Entwicklung atomarer Schwingungen in Quasikristallen im Femtosekundenbereich, insbesondere „Phasonen“, und deren ultraschnelle Wechselwirkungen mit Phononen und Ladungsträgern zu untersuchen. Das experimentelle Kennzeichen von Quasikristallen ist die Existenz von Symmetrien, die mit einem Bravais-Gitter nicht kompatibel sind. Das bemerkenswerteste Beispiel sind 5- und 10-fach drehbare Elektronenbeugungsmuster, durch die Quasikristalle entdeckt wurden. In diesem Projekt werden wir diese Observablen nutzen, indem wir ultraschnelle Pump-Probe-Elektronenbeugung (UED) einsetzen, um einen archetypischen ikosaedrischen Quasikristall zu untersuchen. Durch die Nutzung des ultraschnellen Debye-Waller-Effekts und der impulsaufgelösten ultraschnellen inelastischen Streuung (zwischen Bragg-peaks) wird dies eine Sensibilität für die photoinduzierte Phononen- und Phasonendynamik ermöglichen und so die Entwicklung ihrer Populationen und ihr Zusammenspiel im Subpikosekundenbereich aufdecken. Von besonderem Interesse ist ihre Veränderung durch kurzlebige „nichtthermische“ Zustände, in denen sich ihre Populationen von den Bose-Einstein-Statistiken unterscheiden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Japan, Österreich, Spanien
• Kooperationspartner: Dr. Unai Atxitia Macizo; Professor Dr. Arthur Ernst; Professor Dr. Ryuji Tamura