Lehrstuhl für Laserphysik

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Herzlich willkommen auf den Seiten des Lehrstuhls für Laserphysik!

Zur Zeit haben wir drei Forschungsschwerpunkte, die die Themen Laserphysik, Quanten-, Elektronen- und Nanooptik, Starkfeld- oder Attosekundenphysik, Plasmonik und Festkörperphysik vereinen. Wir untersuchen die Wellen- und Teilcheneigenschaften von Elektronen in ultraschnellen Prozessen an Nano-Objekten, entwickeln neuartige Teilchenfallen, um quantenoptische Systeme zu erzeugen und damit z.B. einem Quanten-Elektronen-Mikroskop näherzukommen, und verwenden Laserpulse an photonischen Nanostrukturen, um mit ihrer Hilfe ganz neue Konzepte für Teilchenbeschleuniger zu untersuchen.

Der größere Teil unserer Experimente kreist um die Licht-Materie-Wechselwirkung auf allerschnellsten Zeitskalen, nämlich der Femtosekunden- und Attosekundenzeitskala (1 fs = 1 Millionstel einer Milliardstelsekunde, 1 as = 1 Milliardstel einer Milliardstelsekunde); abstrakter könnte man auch sagen, dass wir die Photon-Elektron-Kopplung in unterschiedlichen Systemen immer besser verstehen und nutzen wollen. Ein Teil fußt auf fortschrittlichsten, meist auf der Quantenmechanik basierten Methoden, Elektronen zu manipulieren. Häufig arbeiten wir dazu an neuartigen Laserquellen und Laserverstärkern. 

 

Neuigkeiten von unserem Lehrstuhl:

Manuskript zur Zweifarb-Fotoemission bei PRL erschienen -- mit Kommentar dazu in "Physics"

Logo Physical Review Letters
Synopse

Nov. 2016

Unser Zweifarb-Fotoemissions-Manuskript (M. Förster, T. Paschen und weitere + Kollegen aus Wien und Isreal, s. Eintrag unten vom Sept. 2016) ist in Physical Review Letters erschienen -- und dazu hat Prof. Catherine Kealhofer einen Kommentar in "Physics" verfaßt mit dem Titel "Viewpoint: An Ultrafast Switch for Electron Emission." Unsere eigene Arbeit sollten wir hier nicht allzu hoch anpreisen (dennoch Glückwunsch an die (Erst-) Autoren!), aber den Kommentar dürfen wir schamlos bewerben --- er ist äußerst lesenswert! 

PRL-Veröffentlichung

Kommentar dazu von C. Kealhofer

Webseite von Prof. Catherine Kealhofer

Webseite unserer Partner um Prof. J. Burgdörfer, TU Wien

FAU Pressemitteilung


Verleihung des Ohmpreises am 28.10.2016

Ohmpreis

Unser Bachelorstudent René Barczyk wurde auf der Absolventenfeier des Department Physik für seine Bachelorarbeit: „Characterisation of Graphene under Ultrastrong and Ultrashort Laser Pulses“ (dt. Charakterisierung von Graphen unter ultrastarken und ultrakurzen Laserpulsen) mit einem Ohm-Preis geehrt. Diese Auszeichnung für die besten Abschlussarbeiten des vergangenen Jahres wird "zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses im Bereich Physik an der Universität Erlangen-Nürnberg“ verliehen. In seiner Arbeit zeigt Herr Barcyk auf klarste Art und Weise, dass die Zerstörstelle von Graphen unter Laserbeschuss stark mit der Dauer der Laserpulse korreliert ist. Dies ist von großem Interesse für die Untersuchung von neuartigen Starkfeldphänomenen in Graphen.

Herzliche Gratulation!

Abtragungsgekühlte Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen

Zwei unterschiedliche Ultrakurzpulse-Bündel im Zeitbild mit den fundamentalen Einzelpulswiederholraten

Zwei unterschiedliche Ultrakurzpulse-Bündel im Zeitbild mit den fundamentalen Einzelpulswiederholraten 100 MHz und 500 MHz.

Zahnschmelzabtragung

Ergebnis von Zahnschmelzabtragung bei 500 MHz und 100 MHz Ultrakurzpulsbündeln im Vergleich zur Bearbeitung im traditionellen, niedrig repetierenden Einzelpulswiederholungsregime, z.B. 25 kHz. Die Ablationskühlung sorgt hier für eine Verdampfung des Materials, noch bevor die Energie in Form von Resthitze in das Material diffundieren kann. Mittlere Leistung, Bearbeitungszeit, zeitliche Einzelpulsbreite und Strahlfokusdurchmesser wurden gleich gehalten.

 

Innerhalb der letzten Jahrzehnte hat sich die Materialbearbeitung mittels hochenergetischer, ultrakurzer Laserpulse als hochpräzises und verlässliches Werkzeug etabliert. Aktuelle Verfahrensweisen unterliegen jedoch der Limitierung, dass die geringe Pulswiederholrate, üblicherweise im kHz-Regime, und das damit verbundene Zeitfenster eine Diffusion thermischer Energie in das gesamte Material ermöglicht, was potentiell thermische Schäden zur Folge hat. Das hier vorgestellte, neuartige Verfahren umgeht dies, indem die von einem Puls im Material deponierte übrige Restenergie nach der Verdampfung für den folgenden Puls "recycled" wird, bevor sie in das übrige Material diffundieren kann. Dies hat zur Folge, dass das bereits erhitzte lokale Material die Energieanforderungen an den Folgepuls reduziert, und dass die unmittelbare Abtragung des lokal heißen Materials (schneller als die Diffusion der thermischen Energie) die mittlere Temperatur der gesamten Probe erheblich reduziert. Dieser Effekt wird Ablationskühlung (engl.: Ablation cooling) genannt und ermöglicht eine Abtragungseffizienzsteigerung um bis zu eine Größenordnung verglichen mit bisherigen Verfahrensweisen. Die unmittelbare Abtragungsabfolge wird durch ultrakurze, hochenergetische Pulse extrem hoher fundamentaler Repetitionsraten (bis zu 3.5 GHz) gewährleistet, wobei die Pulse jedoch nicht kontinuierlich, sondern in Einzelpulsbündeln (engl.: bursts) auf das Material treffen. Eine kHz-Bündelrepetitionsrate ermöglicht dabei eine Optimierung der Laserstrahlrepositionierung bei gleichzeitiger Reduktion seiner mittleren Leistung. Dieses neuartige Bearbeitungsverfahren wurde nun in der Forschungsgruppe von Prof. F.Ö. Ilday der Bilkent Universität Ankara, Türkei, erforscht in Kollaboration mit der Menlo Systems GmbH in Martinsried, Deutschland, bei der unser Gruppenmitglied Heinar Hoogland Forschungsarbeit im Rahmen seiner Dissertation betreibt. Eine detaillierte Zusammenfassung der theoretischen Grundlagen als auch der experimentellen Ergebnisse dieses neuartigen Verfahrens wurden in der Nature Ausgabe vom 1. September 2016 (Vol. 537, No. 7618; pp. 7-128) veröffentlicht. 

Veröffentlichung bei nature

 

Manuskript zur kohärenten Kontrolle der Photoemission von Nanospitzen bei  Phys. Rev. Lett. angenommen

Coherent control

In unserem Experiment treffen Femtosekunden-Pulse mit einer Zentralwellenlänge von 1560 nm (rot) und 780 nm (blau) mit einstellbarer Verzögerung auf eine Wolfram-Nanospitze [links]. Der von der Spitze emittierte Photostrom kann mit Hilfe der optischen Phase zwischen den zwei Pulsen geschaltet werden [rechts]. Sept. 2016

Nanospitzen sind hervorragende Elektronenemitter, weshalb sie in höchstauflösenden Elektronenmikroskopen als Elektronenquelle dienen. Seit geraumer Zeit ist daher auch die lasergetriebene Elektronenemission von Nanospitzen in den Mittelpunkt der Forschung gerückt. Wir zeigen in unserem Experiment nun, dass die lasergetriebene Elektronenemission fast perfekt mit der Phase zwischen zwei auf die Spitze treffenden Pulsen kontrolliert werden kann. Wie in der Abbildung gezeigt können so Modulationstiefen von 94% erreicht werden. Durch Dichtefunktionaltheorie-Rechnungen aus der Gruppe von Prof. Burgdörfer an der TU Wien erhalten wir Einblick in den Emissionsmechanismus. Die Ergebnisse des Experiments lassen sich durch die Emission von Elektronen auf zwei verschiedenen Quantenpfaden erklären, wobei die Phase zwischen diesen Quantenpfaden die Rolle eines Schalters spielt. Unser Experiment bereitet so den Weg für fundamentale Studien der Kohärenz an Festkörpern und zur Erzeugung komplexer Elektronenpulse.

Ein Vorabdruck unserer Ergebnisse ist auf arXiv zu finden: https://arxiv.org/abs/1603.01516

 

ACHIP Kollaborationstreffen an der FAU

Vom 15.-16. September 2016 fand die halbjährliche Konferenz der ACHIP (Accelerator on a CHip International Program) Kollaboration statt, welche diesmal von unserer Gruppe in Erlangen organisiert und ausgerichtet wurde. Die Wissenschaftler der Universität Stanford, UCLA, TU Darmstadt, Universität Purdue, dem Paul Scherrer Institut, DESY, SLAC, Tech-X und der FAU stellten hierbei nicht nur ihre aktuellen Fortschritte vor, sondern diskutierten auch künftige Ziele der Zusammenarbeit. Die Professoren Lia Merminga, Chan Joshi und Reinhard Brinkman unterstützten alle Diskussionen in Form eines beratenden Gremiums. Die Kollaboration sieht der weiteren Forschung, mit Ziel eines Laser basierten Mini-Beschleunigers auf einem Chip, optimistisch entgegen.

ACHIP

Die Teilnehmer der ACHIP-Kollaboration vor dem Veranstaltungsort, Orangerie in Erlangen 2016.


Wanderung vom Lehrstuhl in der fränkischen Schweiz

Ebermannstadt

Gruppenfoto vom Lehrstuhl, Ebermannstadt September 2016.


Ströme in Graphen mit Hilfe von Lichtfeldern angeregt

Graphene CEP

Schematischer Messaufbau zur Bestimmung Lichtfeld-abhängigen Stroms in Graphen (links). Graphens charakteristische doppelkegelförmige Dirac-Dispersionsrelation ermöglicht es uns, Elektronen besonders einfach mit vergleichsweise schwachen optischen Feldern im Starkfeldregime zu lenken. Dabei wird deren Dynamik durch eine Kombination von Band-Band Übergängen und Beschleunigungen in einem einzelnen Band beschrieben (rechts). Juli 2016

Mit dem optischen Feld eines kurzen Laserpulses lässt sich die Elektronendynamik in Graphen - einer atomaren Schicht aus Kohlenstoff - kontrollieren. Dabei wird der Stromfluss durch die exakte Wellenform des oszillierenden Feldes auf einer Zeitskala von einer Femtosekunde (1/1.000.000.000.000.000 Sekunde) beeinflusst, was damit hier mehrere Größenordnungen schneller als in konventioneller Elektronik geschieht. Diese Beobachtung, die in leitenden Materialien ganz neu ist, stellt einen wichtigen Schritt auf dem schnell wachsenden interdisziplinären Gebiet der Starkfeldphysik in Festkörpern dar. Damit ist es möglich, die beiden großen Gebiete Optik und Elektronik mit Hilfe eines weiteren, neuen Effekts zu verknüpfen.

Vorabdruck auf arXiv https://arxiv.org/abs/1607.04198

 

Nahfelder an Nanospitzen mit Attosekunden-Kamera festgehalten

Nanotip streaking

Modulation des Photoelektronen-Spektrums von einer Nanospitze in Abhängigkeit von der Verzögerung zwischen einem XUV Puls und einem IR Puls, der ein Nahfeld anregt. Mai 2016

An Nanostrukturen lassen sich elektromagnetische Felder auf Skalen deutlich kleiner als der Wellenlänge des Lichts konzentrieren – ganz im Gegensatz zum freien Raum, wo die Wellenlänge eine natürliche Grenze darstellt. Diese Erkenntnis wird im Feld der Nano-Optik verfolgt und wir nutzen sie intensiv für unsere Experimente, zum Beispiel zur Photoemission von Nanospitzen und zur dielektrischen Laserbeschleunigung. Gemeinsam mit unseren Kollegen vom Max-Planck-Institut für Quantenoptik und der Ludwig-Maximilians-Universität München ist es uns nun erstmals gelungen, Nahfelder an einer Nanostruktur in Stärke und zeitlichem Verlauf mit Attosekunden-Auflösung zu vermessen. Mit einem Infrarot-Laserpuls regen wir ein Nahfeld an einer Nanospitze an. Ein Attosekunden-XUV-Puls emittiert von der Spitze gleichzeitig Photoelektronen, deren Energie am Detektor von der genauen Phase und Stärke des Nahfeldes zum Zeitpunkt der Emission abhängt. So können wir aus der Modulation der höchsten Elektronenenergie als Funktion des zeitlichen Abstands zwischen IR und XUV Puls das Nahfeld rekonstruieren.

Veröffentlichung bei Nature Communications

Pressemitteilung am MPQ

 

Les Houches--WE-Heraeus-Workshop Ultrafast Phenomena at Nanostructures: Attosecond physics meets plasmonics

Drs. Förster und Thomas

Die Workshopteilnehmer. Bitte anklicken für größere Version. Mai 2016 

Wissenschaft an der Schnittstelle von Starkfeldphysik und Nanoplasmonik war Thema dieses Workshops, den unser Lehrstuhl gemeinsam mit Prof. Dr. Stephan Götzinger, FAU, und Dr. Benoit Chalopin aus Toulouse organisiert hat. Das recht etablierte Gebiet der Plasmonik hat zu verschiedensten Anwendungen wie beispielsweise der Sensorik und der Krebsbekämpfung mit Hilfe von Nanoteilchen geführt. Das genaue Verständnis und die Möglichkeit einer gezielten Vorhersage bzw. Manipulation stark lokalisierter elektromagnetischer Felder im Nahfeld einzelner, maßgeschneiderter Nanostrukturen sind für die weitere Entwicklung des Feldes von größter Bedeutung. Das Gebiet der Starkfeld- und Attosekundenphysik basiert ebenfalls auf der genauen Steuerung von (starken) optischen Feldern. Standen in den 1990er und 2000er Jahren Atome und Moleküle in der Gasphase im Mittelpunkt der Untersuchungen, so werden seit einigen Jahren vielfach auch Phänomene der Starkfeldphysik an und in Nanostrukturen und Festkörpern im Allgemeinen untersucht. Bisher haben nur einige wenige Arbeiten zwischen den beiden großen und hochaktuellen Forschungsgebieten der Nanoplasmonik und der Starkfeldphysik eine Brücke geschlagen. Das enorme Potential, das in einer engen Verbindung beider Gebiete steckt, wurde daher bisher noch nicht voll ausgeschöpft. Ziel dieses Workshops war es deshalb, Wissenschaftler aus den beiden Gebieten zu einem fünftägigen Gedankenaustausch im französischen Physikzentrum „École de Physique“ in Les Houches in den französischen Alpen zusammenzubringen. Vor dem eindrucksvollen Mont Blanc-Massiv haben sich ca. 70 Teilnehmer aus der ganzen Welt versammelt, um vom 9. bis 13. Mai 2016 die vielfältigen Aspekte des breiten Oberthemas zu diskutieren, das im Workshoptitel als „Les Houches—WE-Heraeus Workshop on Ultrafast Phenomena at Nanostructures: attosecond physics meets plasmoncis“ wiedergegeben war. Aufbauend auf 24 eingeladenen Vorträgen und zwei Postersitzungen wurde lebhaft diskutiert, und das oft bis spät in die Nacht. Es kam sogar zu einem spontanen Abendvortrag zu „Einstein, lasers, gravitational waves and black holes.“ Dass der Workshop unter dem gemeinsamen Dach der WE-Heraeus-Stiftung und dem ebenso renommierten Physikzentrum in Les Houches durchgeführt werden konnte, stellt ein Novum dar, weswegen wir uns im Namen aller Teilnehmer ganz besonders bei Stiftung und Zentrum bedanken möchten. Gerade aufgrund seiner inhaltlichen Breite hat der Workshop sicher zu neuen Forschungsanstößen um die Starkfeldphysik, die Nanoplasmonik und die optische Steuerung (quasi-) freier Elektronen geführt.


Zwei Doktortitel an einem Tag: Drs. Förster und Thomas

Drs. Förster und Thomas

Dr. Förster und Dr. Thomas. April 2016

Ein echter Doppelschlag, der zudem doppelt sehr gut gelaufen ist: die Verteidigung der Dissertationen von jetzt Dr. Förster und Dr. Thomas. Herzliche Glückwünsche!


DPG-Tagung 2016

LS für Laserphysik auf DPG-2016 in Hannover

Die große Delegation der FAU-Laserphysik und zwei immer gern gesehene Gäste auf der DPG-Tagung in Hannover. März 2016


Workshop

Synopse

Für lesbare Version bitte anklicken. Jan. 2016

Gemeinsam mit französischen Kollegen und großzügig unterstützt durch die Wilhelm-und-Else-Heraeus-Stiftung richten wir einen Workshop aus zum Thema "Ultraschnelle Phänomene an Nanostrukturen: Attosekundenphysik trifft auf Plasmonik." Wir freuen uns sehr, dass hervorragende Sprecher ihr Kommen zugesagt habe. Der Workshop wird im Mai im wunderbaren französischen Physikzentrum Les Houches in den französischen Alpen stattfinden. Jüngere Wissenschaftler können sich um Reisestipendien bewerben. Interessenten folgen bitte dem Link für weitere Informationen und zur Teilnehmerregistrierung.

Workshop-Webseite

WE-Heraeus-Stiftung


Beschleuniger auf einem Mikrochip: AChIP-Kollaboration gegründet

Synopse

Nov. 2015.

Mit großzügiger Förderung durch die Gordon und Betty Moore-Stiftung ist eine internationale Kollaboration ins Leben gerufen worden mit dem Namen AChIP: Accelerator on a Chip International Program. Ziel dieses Programms ist es zu zeigen, dass mit Hilfe der dielektrischen Laserbeschleunigung extrem kleine und kompakte Teilchenbeschleuniger gebaut werden können.

Die ersten Demonstrationsexperimente zu dieser Art von Teilchenbeschleunigung sind im Jahr 2013 in Stanford/SLAC und in unserer Gruppe durchgeführt worden, worauf die von Stanford und unserer FAU-Gruppe geführte AChIP-Kollaboration aufbaut; erste theoretische Vorschläge für diese Art der Teilchenbeschleuniger, die Laserstrahlung direkt ausnutzen, sind sogar schon mehr als ein halbes Jahrhundert alt. Diese Beschleuniger basieren darauf, dass Elektronen durch Wechselwirkung mit dem optischen Feld intensiver Laserpulse Energie gewinnen. Im freien Raum funktioniert dies nur, so lange die Elektronen an einer photonischen Struktur entlangfliegen, die die Phase des Laserfeldes moduliert. Dann können die Elektronen aber um einen Faktor 100 schneller ihre Energie erhöhen als in in klassischen Beschleunigern, was zu einer Größenreduktion um in etwa diesen Faktor führen könnte. Mehr Details zum physikalischen Hintergrund und zur AChIP-Kollaboration sind links unter dem Reiter "Forschung" und dann weiter zu "Elektronenschleunigung mit Laserstrahlung" zu finden.

Die Gordon and Betty Moore-Stifung ist vom Intel-Gründer Gordon Moore (Mooresches Gesetz) und seiner Frau Betty ins Leben gerufen worden. Sie hat bereits mehr als eine Milliarde Dollar in Forschungsprojekte investiert und fördert neben der Forschung auch Projekte zur Patientenversorgung, Umwelt und den Großraum San Francisco. In unserer Gruppe wird auch das Projekt zum Quantenelektronenmikroskop großzügig von der Moore-Stiftung unterstützt.

Link zur Gordon and Betty Moore Foundation

Link zu unserer Originalveröffentlichung zur Laserbeschleunigung von Elektronen aus dem Jahr 2013 

Siehe auch unten die Absätze zu "Economist" und "PRL zur Laserbeschleunigung".

Link zum Wissenschafts-Blog IFLScience

Link zum FAU-Blog (Beitrag von Lisa Wolf)


Offene Doktorandenstellen

An einigen unserer Experimente haben wir offene Doktorandenstellen anzubieten und würden uns daher sehr über Ihre Bewerbung freuen! Bitte schicken Sie uns jederzeit Ihre Unterlagen (Lebenslauf und Zeugnisse, idealer Weise ab Abitur) und lassen Sie uns wissen, ab wann Sie in etwa beginnen könnten und ob Sie spezifische Interessen haben.  Nov. 2015.


Nature-Kommentar erschienen

Synopse

Juli 2015. Je nach Polarität des Treiberpulses interferieren unterschiedliche Tunnelpfade konstruktiv oder destruktiv, was sich in der Ausbeute der Hohen-Harmonischen-Strahlung äußert: dies haben Hohenleutner und Kollegen gefunden und in Nature veröffentlicht.  Bild: wir mit Nature in New-and-Views-Kommentar.

In einer beeindruckenden kombiniert-experimentell-theoretischen Arbeiten haben die Arbeitsgruppen um Profs. Rupert Huber (Regensburg), Stephan Koch und Mackillo Kira (beide Marburg) gezeigt, dass Interferenzeffekte bei Starkfeld-induziertem Tunneln von Elektronen zwischen unterschiedlichen Bändern in einem Kristall das resultierende Spektrum der Hohen-Harmonischen-Strahlung dominieren. Nature hat uns eingeladen, dazu einen Kommentar zu verfassen, der gemeinsam mit der Originalarbeit gerade erschienen ist.

Originalveröffentlichung von Hohenleutner et al. in Nature 

Nature News and Views: Kommentar dazu von Hommelhoff und Higuchi

Arbeitsgruppe Prof. Huber in Regensburg

Arbeitsgruppe Profs. Kira und Koch in Marburg


Otto-Hahn-Medaille an Michael Krüger

Synopse

Juni 2015 im Harnack-Haus der Max-Planck-Gesellschaft. MPG-Vizepräsident Prof. Dr. Schüth übergibt Dr. Krüger die Otto-Hahn-Medaille. Einige der Bilder: MPG, Garbe.

Dr. Michael Krüger, ehemaliger Doktorand und Postdoc an unserem Lehrstuhl, hat die Otto-Hahn-Medaille der Max-Planck-Gesellschaft erhalten. Die prestigeträchtige Auszeichnung ist ihm für die herausragenden Ergebnisse seiner Dissertation verliehen worden, nämlich "für die Untersuchungen zu ultraschnellen elektronischen Prozessen an Nanostrukturen mit Hilfe von phasenkontrollierten Laserpulsen". Herzliche Glückwünsche -- und weiter so!

Preisträgerbroschüre der MPG (s. S. 22)

Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts

Pressemitteilung des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik


Elektronen-Strahlteiler-Veröffentlichung bei PRL mit Synopse in "Physics" erschienen.

Synopse

Juni 2015

Physical Review Letters hat unser Strahlteilermanuskript, das gerade erschienen ist, in einer Synopse in "Physics" mit dem Titel "Chip-sized beamsplitters for electrons" besprochen. 

PRL-Veröffentlichung

Synopse


Gruppenfoto!

Gruppenbild Juni 2015

Juni 2015

 

Ein neuer Strahlteiler für Elektronen -- Manuskript bei PRL angenommen

Strahltreiler für langsame Elektronen

Juni 2015

In unserem Experiment zum Führen von Elektronen mit Hilfe von Mikrowellenfeldern haben wir jetzt zeigen können, dass die lithographisch hergestellten Strukturen auch komplexe Potentiale erzeugen können. Als erste wichtige Anwendung haben wir einen Strahlteiler für Elektronen realisiert. Anstelle von Quadrupolfeldern, wie wir sie bereits erfolgreich zum Führen von Elektronen verwendet haben, konnten wir hier mit Hilfe einer Hexapolfeldkonfiguration einen einfachen Elektronenkanal in zwei übergehen lassen, s. Abbildung. Das Manuskript dazu ist gerade bei Phys. Rev. Lett. zur Veröffentlichung angenommen worden.

PRL-Veröffentlichung

Vorabdruck auf arXiv


Laser-generierter Elektronenstrahl ähnlich perfekt kohärent wie ein DC-Feld-emittierter -- Manuskript bei PRL angenommen

Interferenz von elektronischen Materiewellen

Mai 2015

Mit Hilfe eines Elektronenstrahlteilers basierend auf einem Kohlenstoffnanoröhrchen haben wir Interferenzstreifen von elektronischen Materiewellen aufgenommen (s. Abb.). Die räumliche Ausdehnung der Interferenzstreifen ist ein direktes Maß für die Kohärenz eines Elektronenstrahls. Wie klar zu erkennen ist, sehen sich die beiden Interferenzbilder sehr ähnlich, womit die Kohärenz der ihnen zugrunde liegenden Elektronenstrahlen etwa gleich groß ist. Das linke Bild zeigt die Interferenz von Elektronen, die von einer scharfen Spitze mit Hilfe eines Lasers emittiert wurden, das rechte die von feldemittierten Elektronen. Lange schon ist bekannt, dass feldemittierte Elektronenstrahlen die höchste Kohärenz aller Standardelektronenquellen besitzen, weswegen diese Strahlen auch in höchstauflösenden Elektronenmikroskopen verwendet werden (in Elektronenkanonen mit sog. kalten Feldemittern). Die große Kohärenz der Laser-getriebenen Elektronenemission ist für zukünftige Anwendungen in der zeitaufgelösten Elektronenbildgebung von hoher Bedeutung. Das Manuskript, das diese schönen Ergebnisse beschreibt, ist gerade bei Physical Review Letters zur Veröffentlichung angenommen worden. Erwähnenswerter Weise resultieren diese Ergebnisse hauptsächlich aus der Masterarbeit von Dominik Ehberger und einer fruchtbaren Zusammenarbeit mit unseren Partnern an der LMU München, mit deren Hilfe wir die Kohlenstoff-Nanoröhrchen über Mikromerer große Löcher haben wachsen lassen können. Jakob Hammers speziell ausgerüstete Vakuumkammer und seine Hilfe waren die dritte wichtige Zutat.

Veröffentlichung bei Phys. Rev. Lett.

Vorabdruck auf arXiv

Arbeitsgruppe unserer Kollaborationspartner um Prof. Dr. A. Högele, LMU München


Feldverstärkung an scharfen Spitzen -- ein altes Thema, jetzt endlich verstanden? Publikation dazu bei NJP angenommen.

EPO

April 2015

Jeder kennt den Blitzableitereffekt. Ähnlich wie bei diesem werden an scharfen Spitzen auch optische Felder verstärkt. Diese optische Feldverstärkung an scharfen Spitzen wird vielfältig genutzt, so zum Beispiel in optischen Rasternahfeldmikroskopen, aber auch in der Spitzen-verstärkten Ramanspektroskopie. In unserem Labor verwenden wir die Feldverstärkung an scharfen Objekten, um einfach optische Feldstärken zu erzeugen, die so groß sind, dass Elektronenemissionsprozesse im Starkfeldregime stattfinden. In der jetzt bei New Journal of Physics angenommenen Veröffentlichung zeigen wir gemeinsam mit unseren langjährigen Kollaborationspartner der TU Wien, dass die optische Feldverstärkung nicht nur vom Spitzenradius abhängt (und mit abnehmenden Sptizenradius ansteigt, wie erwartet und schon lange bekannt), sondern dass der Öffnungswinkel der Spitzen einen ähnlich großen Effekt hat, was überraschend ist. Dies war bisher kaum bis gar nicht gut verstanden; wir haben daher nicht nur numerische Simulationen angestellt, sondern haben auch ein einfaches intuitives Modell entwickelt, warum ein relativ großer Öffnungswinkel zur maximalen Feldverstärkung führt, s. Abb. Dieses Verhalten zeigt sich für viel Materialien.

Zur Veröffentlichung bei New Journal of Physics

Vorabdruck auf arXiv

Arbeitsgruppe unserer Kollaborationspartner um Prof. Dr. J. Burgdörfer, TU Wien


Was passiert auf Attosekunden-Zeitskalen in Materialien von Nanometer Größe?

Attosec-Nanophysik

Feb. 2015

Diese Frage ist in den letzten Jahren zum zentralen Forschungsthema vieler Gruppen weltweit geworden ist. Erstmals lassen es nämlich moderne Verfahren der Femto- und Attosekundenphysik zu, elektronische Prozesse in kleinsten Festkörpern auf ihren natürlichen Zeitskalen zu untersuchen. Die Einblicke, die diese Grundlagenforschung liefert, sind relevant für vielfältige Anwendungen, so z.B. im Bereich der Licht-gesteuerten Elektronik. Die beiden Physikprofessoren Matthias Kling von der Uni München und Peter Hommelhoff von der Uni Erlangen haben ein erstes Buch zu diesem Thema herausgegeben, das einen Überblick über den derzeitigen Stand dieses spannenden Forschungsgebiets gibt. In zehn Kapiteln, jedes von auf ihrem Arbeitsgebiet führenden Autoren verfasst, wird der Stand der Dinge wiedergegeben. Das Buch eignet sich sowohl für Masterstudenten und junge Doktoranden, um in einen Überblick über das Gebiet zu bekommen, als auch als Nachschlagewerk für erfahrenere Wissenschaftler.

Wiley-Internetseite zum Buch (u.a. Inhaltsverzeichnis dort anzusehen)

Pressemitteilung des Exzellenzclusters Munich Centre for Advanced Photonics


Eine ultraschnelle miniaturisierte Röhrendiode: Veröffentlichung bei Applied Physics Letters angenommen -- und auch schon veröffentlicht

EPO

Jan. 2015

Dioden sind wichtige passive Bauelemente in der Mikroelektronik, die Einbahnstraßen für Strom darstellen. Wir konnten zeigen, dass wir eben eine solche Diode auch für extrem schnelle, Laserpuls-getriebene Photoemission aufbauen können, wenn wir zwei Metallspitzen verwenden, die unterschiedlich scharf sind. Aufgrund des unterschiedlichen Krümmungsradius' wird das Lichtfeld an der schärferen Spitze höher verstärkt, so dass ein Netto-Elektronenstrom von der schärferen zur stumpferen Spitze fließt. Da die Laserpulse, die die Elektronen emittieren, nur wenige Femtosekunden kurz sind, und da die Spitzen nur 300nm entfernt voneinander positioniert waren, repräsentiert dieses System eine extrem schnelle Diode -- eine lichtgetriebene ultraschnelle Nano-Röhren-Diode. Diese Ergebnisse sind jetzt bei Applied Physics Letters zur Veröffentlichung angenommen worden und stellen einen weiteren Schritt dar in Richtung der "Licht-Elektronik" oder Petahertz-Elektronik.

Link zum Appl. Phys. Lett.-Beitrag


Patent erteilt für eine neue Methode, die Träger-Einhüllenden-Frequenz von Femtosekundenlaserpulsen zu stabilisieren

EPO

Jan. 2015

Es hat gedauert, aber jetzt ist es so weit: unser Patentantrag ist vom Europäischen Patentamt positiv evaluiert und ein Patent ist uns erteilt worden. Das Patent schützt eine neue und einfache Methode, die Träger-Einhüllenden-Frequenz und -Phase von Femtosekundenlaserpulsen zu messen und zu stabilisieren. Wir sind offen für Gespräche mit interessierten Firmen.


Übersichtsartikel zur dielektrischen Laserbeschleunigung erschienen

DLA-RMP

Dez. 2014

Ein weiteres schönes vorgezogenes Weihnachtsgeschenk, nur um einen Tag verfrüht, hat uns Reviews of Modern Physics gemacht, indem sie einen großen, 53 Seiten langen Übersichtsartikel zur dielektrischen Laserbeschleunigung herausgebracht haben. Er fasst den Stand der Dinge dieses neuen und extrem spannenden Forschungsgebiets zusammen, das gerade weltweit durchstartet -- auch wegen zweier Ereignisse, die hier mit Datum vom Aug. 2013 wiedergegeben sind.

Link zum Aufsatz in Reviews in Modern Physics


Dr. Hammer!

Dr. Hammer

Dr. Hammer mit Hut. Dez. 2014

Ein schönes vorgezogenes Weihnachtsgeschenk hat sich und uns allen Jakob Hammer bereitet, der seine Dissertation mit Auszeichnung verteidigt hat. Herzliche Glückwünsche!


Michal Hamkalo für seine Bachelorarbeit mit der Goldmedaille der Polnischen Akademie der Wissenschaften ausgezeichnet

Michal Hamkalo

Michal's Arbeit mit dem Titel "Studies of Phase Transfer Catalysis by Second Harmonic Generation" (deutsch: Untersuchungen zur Phasentransferkatalyse mittels Erzeugung zweiter Harmonischer) erhielt von dem Institut für physikalische Chemie der polnischen Akademie der Wissenschaften und der DuPont Stiftung der polnischen Wissenschaften in der Kategorie Chemie, Biologie und Physik den ersten Preis. Trotz der Wichtigkeit der Phasentransferkatalyse für die chemische Synthese gab es bisher keinen direkten Nachweis des Mechanismus. In seiner Bachelorarbeit - durchgeführt in Warschau - konnte Michal mit einem Femtosekundenlaser an der Oberfläche zweite Harmonische erzeugen und so die Theorie direkt prüfen und gleich auch erweitern. Herzlichen Glückwunsch!


Manuskript zu Graustufen in interaktionsfreien Messungen veröffentlicht in Phys. Rev. A

QEM principle

Interaktionsfreie Messungen nutzen Quanteneffekte um die An- oder Abwesenheit eines Objekts festzustellen, während die Störung des Objekts selbst minimiert wird. Dies ist aufgrund quantenmechanischer Messprinzipien möglich und ist mit Photonen bereits demonstriert worden. Gemeinsam mit Christoph Kohstall (Stanford Univ.) und Pieter Kruit (TU Delft) ermitteln wir numerisch, inwieweit interaktionsfreie Messungen zur Bestimmung von Graustufen und Phasenverschiebungen geeignet sind. Damit untersuchen wir die Grundlagen eines Quanten-Elektronenmikroskops.

Link zur Veröffentlichung bei Phys. Rev. A: http://journals.aps.org/pra/abstract/10.1103/PhysRevA.90.053840

Link zum Manuskript auf ArXiv: http://arxiv.org/abs/1409.0044

Link zur Quanten-Elektronenmikroskopie-Kollaboration: http://www.rle.mit.edu/qem/

 

Gleich zwei starke Veröffentlichungen an einem Tag

Logo Physical Review Letters

Dr. Takuya Higuchi hat gleich zwei Veröffentlichungen in exzellenten Journalen veröffentlichen können -- innerhalb eines Jahres ist so etwas schön und schon recht selten, aber innerhalb eines Tages bzw. gar innerhalb einer Stunde ist dies extrem außergewöhnlich. Glück gehört sicher auch dazu, aber weit mehr als das.

Link zum Aufsatz in Physical Review Letters zu HHG in Festkörpern, s.u.

Link zum Aufsatz in Nature Photonics


Veröffentlichung zu Elektronentrigger in Phys. Rev. Appl. angenommen

Beim Eintritt der Elektronen in den Elektronenleiter bestimmt die Phase des strahlführenden Mikrowellensignals die Güte der Einkopplung. Okt. 2014

Die Bewegung freier Elektronen kann an der Oberfläche eines planaren Mikrowellensubstrats auf vollkommen neue Art und Weise gezielt manipuliert werden. Basierend auf dieser Technik möchten wir Materiewellen-Interferometrie und neuartige Quantenoptikexperimente mit geführten Elektronen durchführen. Um diesem Ziel einen Schritt näher zu kommen haben wir eine Methode entwickelt, die es ermöglichen wird, Elektronen in den transversalen Bewegungsgrundzustand eines linearen Elektronenleiters zu injizieren.


Manuskript zur Theorie der Erzeugung Hoher-Harmonischer-Strahlung in Festkörpern bei Phys. Rev. Lett. angenommen

HHG-PRL

Im Festkörper bildet sich unter dem Einfluss eines starken Laserfelds eine Wannier-Stark-Leiter aus, die Interbandtunneln und die Erzeugung von HHG-Pulsen ermöglicht. Okt. 2014

Eine rein theoretische Arbeit von uns, hauptsächlich von Dr. Takuya Higuchi entwickelt, ist bei Phys. Rev. Lett. zur Veröffentlichung angenommen worden. Gemeinsam mit Prof. Mark Stockman (LMU München und Georgia State Univ.) untersuchen wir, wie es zur Erzeugung von Hoher-Harmonischer-Strahlung kommen kann, wenn einfache Festkörpermaterialien starken Laserpulsen ausgesetzt werden. Basierend auf der Floquet-Theorie erhalten wir eine Modell, das es erlaubt, qualitativ und quantitativ die Spektren zu verstehen, die dazu gemessen worden sind. Auch können wir mit Hilfe dieses Modells vorhersagen, dass die Erzeugung von Pulsen mit Dauern im Attosekundenbereich möglich sein sollte.

Link zum Manuskript auf arxiv: Higuchi, Stockman, Hommelhoff

Mark Stockmans Webseite