Magneto-Optischer Kryostat mit Hochfeld-Vektormagnet für Ultraschnelle Spektroskopie

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 543587815

Die nächste Generation an Konzepten und Funktionen für Energietechnologien wird durch die Entdeckung neuartiger funktioneller Energiematerialien erschlossen. Diese Durchbrüche beruhen auf der Untersuchung der grundlegenden Mechanismen und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen solcher neuen Materialsysteme. Ein aktueller Schwerpunkt im AK Deschler sind hybride Metall-Halogenid-Perowskite, die sich als vielversprechende polykristalline Halbleiter für die Optoelektronik erwiesen haben, sowie molekulare organische Halbleiter und geschichtete Nanomaterialien. Wir interessieren uns für die ultraschnelle Dynamik elektronischer, struktureller und magnetischer Zustände, die Energie-Prozessen und Mechanismen in diesen neuartigen Materialien zugrunde liegen. Dazu verwenden wir fortschrittliche ultraschnelle spektroskopische Methoden wie transiente Photolumineszenz und transiente Absorption, spin-empfindliche Faraday-Rotation und zirkularpolarisierte Spektroskopie, sowie transiente optische holographische Mikroskopie. Wir streben derzeit nach Durchbrüchen und grundlegenden mechanistischen Erkenntnissen, um die Funktionalität hybrider magnetischer und organischer Materialien in folgenden Bereichen zu verbessern: i) Chirale Hybrid-Halbleiter für die Photonik ii) Magnetische Hybrid-Materialien für die Informationstechnologie iii) Gemischte Elektronen-Ionen-Dynamik in der Energiespeicherung iv) Hochauflösende ultraschnelle optische Spektroskopie. Wir beantragen hier Mittel für ein spezielles magneto-optisches Tieftemperatursystem für die ultraschnelle Materialcharakterisierung. Mit dem vorgeschlagenen System werden wir in der Lage sein, die ultraschnelle Dynamik in Halbleitermaterialien bei kryogenen Temperaturen (unter 4K), unter hohen, gerichteten Magnetfeldern (bis zu 7T), und mit mikroskopischer Auflösung unter Verwendung unserer fortschrittlichen Spektroskopiemethoden zu untersuchen. Mit dieser besonderen experimentellen Fähigkeit werden wir Einblicke in einen wenig erforschten Bereich der Anregung und Materialdynamik in hybriden magnetischen Halbleitern gewinnen, von denen wir uns neue Konzepte für die Optoelektronik, die Informationsspeicherung und die Informationsverarbeitung versprechen. Einzelheiten zu den Forschungsrichtungen, die durch diesen neuartigen Aufbau, in Zusammenarbeit mit Gruppen in Heidelberg und auf nationaler Ebene, erschlossen werden sollen, sind in Abschnitt 3 beschrieben. Die neue wesentliche Funktionalität des Systems wird die Fähigkeit sein fortgeschrittene optische Materialuntersuchungen mit unseren hochmodernen Spektroskopien bei kryogenen Temperaturen durchzuführen, bei denen sich Spinsysteme in magnetischen Materialien ordnen, und unter starken, gerichteten Magnetfeldern, welche die magnetische Orientierung der Spinsysteme in Bezug auf Kristallachsen und Ausbreitungsrichtung der optischen Pulse definieren. Die Spezifikationen des magneto-optischen Kryostatsystems sind in Abschnitt 4 detailliert beschrieben.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Magneto-Optischer Kryostat mit Hochfeld-Vektormagnet für Ultraschnelle Spektroskopie
• Gerätegruppe: 8520 Kryostaten, Tauchkühler (bis -100 Grd C)
• Antragstellende Institution: Ruprecht-Karls-Universität Heidelberg
• Leiter: Professor Dr. Felix Deschler