Forschung
Ultraschnelle Vibrationsspektroskopie
Strukturdynamik, also die Bewegung von Atomen auf ihren intrinsischen Zeitskalen im Bereich von wenigen bis zu vielen Tausend Femtosekunden (1 fs = 10⁻¹⁵ s), spielt eine entscheidende Rolle bei elementaren Prozessen in Molekülen und Materialien. Zu diesen Prozessen gehören unter anderem Ladungstransfer in lichtsammelnden Molekülen, Quasiteilchendynamik sowie Phasenübergänge in Quantenmaterialien.
In unserer Gruppe entwickeln wir Experimente, die solche Phänomene aus einer gitter- und strukturzentrierten Perspektive untersuchen. In der zeitaufgelösten impulsiven stimulierten Raman-Spektroskopie erzeugen wir Paare breitbandiger Lichtpulse von wenigen Femtosekunden Dauer, um die Schwingungsbewegung direkt in der Zeitdomäne während und nach der Photoanregung zu verfolgen. Dieser Ansatz ermöglicht es uns, die Schwingungsstruktur angeregter Zustände in Molekülen und Materialien über einen weiten Spektralbereich zu erfassen – von niederfrequenten Gittermoden in Festkörpern bis hin zur Fingerprint-Region funktioneller Moleküle.
Durch das Erfassen struktureller Informationen von Systemen in Aktion liefert unsere Arbeit zentrale Erkenntnisse, die die molekulare Synthese, das Materialdesign und die optische Kontrolle von Materie fernab des Gleichgewichts verbessern.
Opto-strukturelle Kontrolle von Materie
Ein zentraler Schwerpunkt unserer Gruppe ist die Entwicklung experimenteller Werkzeuge, mit denen wir die mikroskopische Bewegung von Atomen mithilfe von Licht kontrollieren können. Durch das gezielte Anregen atomarer Bewegungen können wir technologisch relevante Eigenschaften von Materialien und Molekülen beeinflussen, darunter elektrische Leitfähigkeit, Magnetismus, Ferroelektrizität, Topologie sowie Ladungstransfer und chemische Reaktivität.
Um dies zu erreichen, erzeugen wir intensive, maßgeschneiderte Lichtpulse im mittleren Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums, die Gitterschwingungen resonant und nichtresonant zu großen Amplituden anregen, ohne elektronische Zustände zu besetzen. Dadurch wird ein hochselektiver und nicht-thermischer Ansatz zur Kontrolle von Materialien ermöglicht. Die daraus resultierenden Veränderungen physikalischer und chemischer Eigenschaften untersuchen wir mit ultraschnellen linearen und nichtlinearen optischen Spektroskopiemethoden, wie beispielsweise der Frequenzverdopplung, Polarisationsrotation und zeitaufgelöster impulsiver stimulierter Raman-Streuung.
Unser Ansatz zielt auf eine energieeffizientere Kontrolle von Materialeigenschaften ab und ermöglicht den Zugang zu transienten Materiezuständen mit Funktionalitäten, die unter thermischen Gleichgewichtsbedingungen nicht erreichbar sind.
