Terahertz-Physik der Quantenmaterialien

Wir untersuchen ultraschnelle Phänomene in Quantenmaterialien. Ein starker Fokus liegt dabei auf dem Drehimpuls von Elektronen (Spin+Bahn) und des Kristallgitters. Die damit verbundenen Prozesse finden oft auf der Femtosekunden-Zeitskala und Terahertz-Frequenzskala statt.

Um diese extrem schnelle Dynamik zu untersuchen, entwickeln wir neuartige Werkzeuge, wie etwa ultraschnelle Amperemeter, Ohmmeter und intensive Terahertz-Spannungsquellen. Sie basieren auf optischen Femtosekundenpulsen und ultrakurze elektromagnetischen Transienten im immer noch schwierig zugänglichen Frequenzbereich von 1 bis 30 Terahertz. Um unsere experimentellen Ergebnisse noch besser zu verstehen, entwickeln wir einfache theoretische Modelle.

Beispiele für wichtige Fragestellungen unserer Forschung sind:

• Wie beeinflussen Gitterschwingungen den Zustand von Elektronen und ihren Spins?
• Wie können wir den ultraschnellen Transport von Elektronen und Spins durch eine Nanostruktur durch einen Femtosekunden-Laserpuls anregen und kontrollieren?
• Wie reagieren Moleküle in Flüssigkeiten und weicher Materie auf intensive gepulste elektrische Felder im THz-Bereich? 

Ein besseres Verständnis der Dynamik von Quantenmaterialien bei ihren natürlichen (Terahertz) Frequenzen ist auch für Anwendungen hochgradig relevant. Der Grund ist, dass sich die Bitraten und Bandbreiten in der Informationstechnologie dem Terahertz-Bereich kontinuierlich annähern, z.B. in Drahtlosnetzwerken und Feldeffekttransistoren. Andererseits nutzen wir unsere Erkenntnisse direkt für Anwendungen in der Terahertz-Photonik, z.B. zur Konstruktion neuartiger Emitter, Detektoren und Modulatoren von Terahertz-Strahlung.

Weitere Informationen finden Sie auf unseren englischsprachigen Seiten.