idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
In einer Zusammenarbeit zwischen dem Max-Born-Institut, dem ARCNL Amsterdam und der Aarhus Universität haben Forschende nun gezeigt, dass mittels Interferometrie hoher Harmonischer im extremen Ultraviolett (XUV) direkter Zugang zu diesen Dynamiken gewonnen werden kann.
Die Bandlücke, also der Energieabstand zwischen dem höchsten besetzten Valenzband und dem niedrigsten unbesetzten Leitungsband, ist eine zentrale Größe isolierender Festkörper. Sie bestimmt, wie ein Material Licht absorbiert und Elektrizität leitet. Zu verfolgen, wie sich eine Bandlücke unter starker Laseranregung verändert, war lange Zeit eine Herausforderung, da die zugrunde liegenden Prozesse auf Femtosekunden-Zeitskalen ablaufen und insbesondere in Dielektrika mit großer Bandlücke nur schwer direkt beobachtbar sind.
In einer Zusammenarbeit zwischen dem Max-Born-Institut, dem ARCNL Amsterdam und der Aarhus Universität haben Forschende nun gezeigt, dass mittels Interferometrie hoher Harmonischer im extremen Ultraviolett (XUV) direkter Zugang zu diesen Dynamiken gewonnen werden kann.
Mit Hilfe phasenstabilisierter Paare von nahinfraroten Laserpulses (siehe Abb. 1 für den experimentellen Aufbau) wurden Interferenzmuster und deren intensitätsabhängige Verschiebung in den hohen Harmonischen aus Quarzglas (SiO₂) und Magnesiumoxid (MgO) gemessen.
Diese Verschiebungen [Abb. 2(a) und (b)] kodieren zeitlich veränderliche elektronische Bandlücken, wobei SiO₂ auf eine Verkleinerung der Bandlücke [Abb. 2(c)] und MgO auf eine Vergrößerung [Abb. 2(d)] hindeutet.
Die Experimente werden durch analytische Modellierungen und Simulationen auf Basis der Halbleiter Bloch Gleichungen unterstützt, die bestätigen, dass die beobachteten Phasenänderungen konsistent mit anregungsinduzierten Modifikationen der elektronischen Struktur sind.
Diese Arbeit etabliert interferometrische Messungen hoher Harmonischer als vielfältig anwendbare, vollständig optische Methode zur Unterstuchung von Bandstruktur-Dynamiken in Festkörpern. Über den fundamentalen Erkenntnisgewinn hinaus eröffnet dieser Ansatz neue Wege für die ultraschnelle Halbleitermetrologie und zukünftige elektro-optische Technologien im Petahertz-Bereich.
Bildunterschriften:
Abbildung 1:
Experimenteller Aufbau zur Erzeugung von phasenstabilisierten NIR und XUV Pulsen mit Hilfe eines aktiv stabilisierten Interferometers.
Abbildung 2:
Intensitätsabhängige Phasenverschiebung in den hohen Harmonischen aus SiO₂ (a) und MgO (b). (c) Extrahierte Bandkantenänderung in SiO₂. (d) Analog zu (c) aber für MgO.
Teaser:
Schematische Darstellung der extrem-ultravioletten Hochharmonischen-Interferometrie an Festkörpern.
Zwei phasenstabilisierte Nahinfrarotpulse erzeugen hohe Harmonische in einem Festkörper. Die Interferenz der emittierten XUV-Felder enthält Informationen über zeitlich veränderliche Bandlücken und zeigt, wie starke Laserfelder die elektronische Struktur eines Materials auf Femtosekunden-Zeitskalen verändern.
Kontakt:
Dr. Peter Jürgens-Goltermann
juergens@mbi-berlin.de
+49 30 – 6392 1218
Prof. Dr. Marc J. J. Vrakking
vrakking@mbi-berlin.de
+49 30 – 6392 1200
www.mbi-berlin.de
Max-Born-Institut für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie im Forschungsverbund Berlin e.V.
Watching bandgaps in motion - attosecond interferometry of solids
Lisa-Marie Koll, Simon Vendelbo Bylling Jensen, Pieter J. van Essen, Brian de Keijzer, Emilia Olsson, Jon Cottom, Tobias Witting, Anton Husakou, Marc J. J. Vrakking, Lars Bojer Madsen, Peter M. Kraus, Peter Jürgens
Extreme ultraviolet high-harmonic interferometry of excitation-induced bandgap dynamics in solids
Optica 12, 1606 – 1614 (2025)
https://opg.optica.org/optica/fulltext.cfm?uri=optica-12-10-1606
https://mbi-berlin.de/research/highlights/details/watching-bandgaps-in-motion-at...
https://doi.org/10.1364/OPTICA.559022
Abb 1: Experimenteller Aufbau zur Erzeugung von phasenstabilisierten NIR und XUV Pulsen mit Hilfe ei ...
Copyright: Copyright: MBI/Dr. Peter Jürgens-Goltermann
Intensitätsabhängige Phasenverschiebung in den hohen Harmonischen
Copyright: Copyright: MBI/Dr. Peter Jürgens-Goltermann
Schematische Darstellung der extrem-ultravioletten Hochharmonischen-Interferometrie an Festkörpern
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Publikationen
Deutsch
Abb 1: Experimenteller Aufbau zur Erzeugung von phasenstabilisierten NIR und XUV Pulsen mit Hilfe ei ...
Copyright: Copyright: MBI/Dr. Peter Jürgens-Goltermann
Intensitätsabhängige Phasenverschiebung in den hohen Harmonischen
Copyright: Copyright: MBI/Dr. Peter Jürgens-Goltermann
Sie können Suchbegriffe mit und, oder und / oder nicht verknüpfen, z. B. Philo nicht logie.
Verknüpfungen können Sie mit Klammern voneinander trennen, z. B. (Philo nicht logie) oder (Psycho und logie).
Zusammenhängende Worte werden als Wortgruppe gesucht, wenn Sie sie in Anführungsstriche setzen, z. B. „Bundesrepublik Deutschland“.
Die Erweiterte Suche können Sie auch nutzen, ohne Suchbegriffe einzugeben. Sie orientiert sich dann an den Kriterien, die Sie ausgewählt haben (z. B. nach dem Land oder dem Sachgebiet).
Haben Sie in einer Kategorie kein Kriterium ausgewählt, wird die gesamte Kategorie durchsucht (z.B. alle Sachgebiete oder alle Länder).
