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Projekt
Femtosekunden-Extremultraviolettquelle
Fachliche Zuordnung
Physik der kondensierten Materie
Förderung
Förderung in 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 437328598
Die hier beantragte Femtosekunden-Extremultraviolettquelle wird die Hauptquelle der Photoemissionsexperimente des Lehrstuhls Experimentelle Physik VI, welche aktuell an der TU Dortmund eingerichtet wird. Das Hauptziel der Gruppe ist es, durch Minimierung von Energiedissipation die magnetischen und elektronischen Eigenschaften von Festkörpern auf den kurzmöglichsten Längen- und Zeitskalen zu kontrollieren. Die beantragte Quelle wird an zwei Aufbauten parallel gekoppelt: Einem zur spin- und winkelaufgelösten Photoemissionsspektroskopie und einem für time-of-flight Impulsmikroskopie. Mit dieser Kombination wird es möglich sein, die spin-, winkel- und zeitaufgelösten Photoemissionsexperimente durchführen, die im ERC-Consolidator Projekt hyControl, sowie im DFG-Projekt B9 des Sonderforschungsbereichs TRR 160: "Coherent manipulation of interacting spin excitations in tailored semiconductors" geplant sind. Das Hauptziel von hyControl ist die kohärente Kontrolle von nanoskaligen Hybridstrukturen aus molekularen Einheiten auf anorganische Oberflächen. Des Weiteren beschäftigt sich das Projekt B9 mit der ultraschnellen Kontrolle von Spins in magnetisch geordneten 2D-Materialien.Die geplanten Experimente, sowie die zukünftig in der Gruppe geplanten Projekte, stellen hohe Anforderungen an die Femtosekunden-Extremultraviolettquelle. Sie soll aus einem Yb-basierten Verstärkerlasersystem mit hoher Leistung (300 W) und hoher Wiederholrate (300 kHz) bestehen, welches zwei Pump-Probe-Anordnungen parallel bedient. Die hohe Leistung wird den zeitgleichen Betrieb der beiden Pump-Probe-Strecken erlauben, während die hohe Wiederholrate es ermöglichen wird, Photoemissionsexperimente mit hohem Signal-Rausch-Verhältnis durchzuführen. Gleichzeitig wird es möglich sein Raumladungseffekte zu umgehen, die typischerweise die Energie- und Impulsauflösung bei zeitaufgelösten Photoemissionsexperimenten reduzieren. In beiden Pump-Probe-Anordnungen wird der Pump-Strahl durch einen optischen parametrischen Verstärker erzeugt, während der Probe-Strahl aus den Femtosekunden-Extremultraviolettpulsen mit einer Photonenenergie von bis zu 70 eV besteht. Die hohen Photonenenergien werden benötigt, um die Bandstruktur der untersuchten Materialsysteme über die gesamte Brillouin-Zone zu erfassen. Gleichzeitig erlauben solche Photonenenergien die Orbitale molekularer Systeme abzubilden, ihren Wirkungsquerschnitt zu erhöhen und ihre Photoemissionsmerkmale von denen des Substrats zu unterscheiden. Die Erzeugung von Femtosekunden-Extremultraviolettpulsen erfordert verschiedene Komponenten - vor allem das Hauptverstärkerlasersystem, das mit einem Aufbau für die Erzeugung höherer Harmonischer in Edelgasen und einigen Kompressionsstufen verbunden ist. Diese Komponenten müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein, um die geforderten Spezifikationen zu erreichen. Dies kann grundsätzlich nur gewährleistet werden, wenn das gesamte System von einem einzigen Anbieter bereitgestellt wird.
DFG-Verfahren
Forschungsgroßgeräte
Großgeräte
Femtosekunden-Extremultraviolettquelle
Gerätegruppe
5700 Festkörper-Laser
Antragstellende Institution
Technische Universität Dortmund
