Neue Materialeigenschaften erzeugen wollen Forscher blitzschnell und nach Wunsch. diese Vision wird durch j\u00fcngste Erkenntnisse einer europaweiten Forschungsgruppe aus der Physik gen\u00e4hrt.
\nDas Team nutzt ultrakurze und starke Lichtfelder, um direkt zu beobachten, wie in einem Kristall exotische energetische Zust\u00e4nde entstehen. Das sind sogenannte „Floquet-B\u00e4nder“. Die Wissenschaftler berichten im Forschungsmagazin „Nature“ \u00fcber ihre Ergebnisse.
\n„Die Entdeckung neuer Materialeigenschaften h\u00e4ngt \u00fcblicherweise von unserer F\u00e4higkeit ab, die chemische Zusammensetzung des Materials zu kontrollieren“, erkl\u00e4rte der Marburger Physiker Prof. Dr. Ulrich H\u00f6fer. Er ist ein Leitautor des Fachaufsatzes, der seit 2022 auch Adjunct Professor an der Universit\u00e4t Regensburg ist. „Die rein optische Beeinflussung von Materialeigenschaften hingegen k\u00f6nnte die Physik in eine neue \u00c4ra f\u00fchren, indem sie neue Funktionen nach Bedarf erm\u00f6glicht.“
\nRegt man Elektronen periodisch mit starkem Licht an, so f\u00fchrt das zu exotischen Quanteneffekten: Die periodischen St\u00f6rungen durch das starke Lichtfeld bewirken, dass die Elektronen nicht nur einen feststehenden Energiezustand besitzen, sondern viele Energiezust\u00e4nde in gleichm\u00e4\u00dfigem Abstand. „Der urspr\u00fcngliche Energiezustand umgibt sich gewisserma\u00dfen mit mehreren H\u00fcllen aus Licht“, erkl\u00e4rte der Regensburger Physiker Prof. Dr. Rupert Huber. Er ist ein weiterer Leitautor.
\nFachleute sprechen dabei von „Floquetb\u00e4ndern“. „Die dynamischen Eigenschaften solcher Zust\u00e4nde – also zum Beispiel die Frage, wie lange Elektronen brauchen, um sich mit Licht ,einzukleiden‘ – blieben bislang jedoch unbekannt“, f\u00fchrte Huber aus.
\nDie Sonderforschungsbereiche „Struktur und Dynamik innerer Grenzfl\u00e4chen“ sowie „Emergente relativistische Effekte in kondensierter Materie“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) an den Universit\u00e4ten Marburg und Regensburg bieten beste Voraussetzungen, um derartige Forschungsl\u00fccken zu schlie\u00dfen. Das Team nutzte die Methode der Photoelektronenspektroskopie, mit der es die Oberfl\u00e4che eines Kristalls untersuchte.
\n„Wir gingen mit unseren Messungen \u00fcber die Grenze dessen hinaus, was sich bis dato mit dieser Spektroskopie an Zeitaufl\u00f6sung bei starken Lichtfeldern realisieren lie\u00df“, hob Dr. Suguru Ito hervor. Er ist der Erstautor der Fachpublikation.
\nDadurch gelang dem Team eine unvorhergesehene Entdeckung. „\u00dcberraschender Weise bilden sich die Floquetb\u00e4nder schon nach einem einzigen optischen Zyklus aus, also in sehr kurzer Zeit“, legte der Physiker dar.
\n„Die Gutachter konnten das zun\u00e4chst kaum glauben!“, erz\u00e4hlte H\u00f6fer. Doch die eindeutigen experimentellen Resultate werden durch theoretische Modellierungen gest\u00fctzt, die Dr. Michael Sch\u00fcler vom Paul-Scherrer-Institut in Villigen in der Schweiz und Professor Dr. Michael Sentef vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg beisteuerten.
\n„Unser Experiment er\u00f6ffnet die M\u00f6glichkeit, eine Vielzahl von vor\u00fcbergehenden Quantenzust\u00e4nden sichtbar zu machen“, erg\u00e4nzte Huber. „Dies ebnet den Weg zu ma\u00dfgeschneiderten Quantenfunktionen und zu ultraschneller Elektronik.“
\nH\u00f6fer lehrt Experimentalphysik an der Philipps-Universit\u00e4t. Huber hat eine Professur f\u00fcr Experimentelle und Angewandte Physik an der Universit\u00e4t Regensburg inne. Beide erhielten k\u00fcrzlich gemeinsam einen „ERC Synergy Grant“ des Europ\u00e4ischen Forschungsrats f\u00fcr ihr Forschungsprojekt „Orbitalkino“ zugesprochen.
\nNeben den Arbeitsgruppen aus Marburg und Regensburg beteiligten sich Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Struktur und Dynamik der Materie in Hamburg, vom Paul-Scherrer-Institut in Villigen in der Schweiz und vom A. V. Rzhanov-Institut in Novosibirsk in Russland an der Ver\u00f6ffentlichung. Die Kooperation mit dem russischen Kollegen fand noch vor dem Ukrainekrieg statt.
\nDie DFG f\u00f6rderte beteiligte Wissenschaftler durch Sonderforschungsbereiche in Marburg und Regensburg sowie durch das Emmy-Noether-Programm. Mehrere internationale F\u00f6rderorganisationen gew\u00e4hrten weitere finanzielle Unterst\u00fctzung.<\/p>\n
* pm: Philipps-Universit\u00e4t Marburg<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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