Lasersystem mit hoher Pulsrate für ultraschnelle Spektroskopie der Dynamik funktioneller Materialien

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie ; Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung ; Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 553574485

Die Erzeugung, Umwandlung und Speicherung von Energie ist eine der wichtigsten globalen Herausforderungen. Wir haben Konzepte für die nächsten Generation von Energietechnologien durch Einblicke in die ultraschnelle Dynamik neuartiger funktioneller Materialien demonstriert. Wie erzielen bahnbrechende Ergebnisse durch die Untersuchung und Erklärung grundlegender Mechanismen in Materialsystemen für Energieanwendungen, wie photovoltaische Lichtabsorber, photonische Emitter, elektronisch-ionische Energiespeichermaterialien oder Quantenmaterialien für die Informationsverarbeitung. Unsere Forschung verbindet Aspekte der Physik und Chemie, um ein vollständiges Bild dieser Funktionen zu erhalten. Ein Schwerpunkt im AK Deschler ist die ultraschnelle Dynamik angeregter elektronischer, magnetischer und struktureller Zustände, die Schlüsselprozessen in hybriden Metall-Halogenid-Perowskiten, niedrigdimensionalen magnetischen Materialien, organischen molekularen Halbleitern und metallorganischen Komplexen zugrunde liegen. Unsere Erkenntnisse verbessern das Design und die Effizienz von Energieanwendungen der nächsten Generation. In unseren Labors haben wir Einrichtungen, um Materialien in einer Reihe von Strukturen zu untersuchen, z. B. dünne Filme, kontaktierte Bauteile oder optische Resonatoren, auch bei kryogenen Temperaturen, unter elektrischen/magnetischen Feldern und in elektrochemischer Umgebung, je nach den wissenschaftlichen Fragen, die wir beantworten wollen. Um Einblicke in die Photophysik von Materialien zu gewinnen, setzen wir transiente Photolumineszenz/Absorption, transiente Faraday-Rotation oder zirkularpolarisierte Spektroskopie ein, und wir haben erste Fortschritte in der optischen holographischen und Nahfeldmikroskopie erzielt. Durch den Einsatz dieser leistungsstarken Methoden, unterstützt durch nationale (Emmy Noether) und internationale (ERC StG) Fördermittel, streben wir derzeit Durchbrüche in den folgenden Bereichen an: i) Emittierende Hybrid-Halbleiter für photonische Anwendungen ii) Magnetische Hybrid-Materialien für die Informationsspeicherung iii) Gemischte Elektronen-Ionen-Dynamik in Energiespeichermaterialien iv) Fortgeschrittene hochauflösende ultraschnelle Mikroskopien. Um bisher unzugängliche räumlich-zeitliche Dynamiken und Mechanismen angeregter Zustände zu erforschen, beantragen wir ein Mehrkomponenten-Lasersystem zur Erzeugung hochenergetischer, phasenstabilisierter Laserpulse mit hohen Wiederholraten, durch das wir ultraschnelle spektroskopische Techniken der nächsten Generation mit Fokus auf Mikroskopie in unseren Labors etablieren werden, mit dem ehrgeizigen Ziel den Bereich der Attosekundenmikroskopie zu erreichen. Details zu geplanten Projekten und Studien sind in Abschnitt 3 beschrieben, zusammen mit Begründungen, warum diese einen wesentlichen Bedarf für die neuartigen instrumentellen Fähigkeiten eines hochmodernen Lasersystems schaffen.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Lasersystem mit hoher Pulsrate für ultraschnelle Spektroskopie der Dynamik funktioneller Materialien
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Professor Dr. Felix Deschler