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Ultraschnelle Photoströme an Grenzflächen - Antrittsvorlesung

Kolloquium Fachbereich Physik

Veranstaltungsdaten

Abstract

Sowohl der Transport von elektrischem Strom, als auch die elementaren Streuprozesse der Ladungsträger werden in der Festkörperphysik für geordnete Kristalle üblicherweise im Impulsraum beschrieben, der auch die Basis für die Darstellung der elektronischen Bandstruktur bildet. Es ist daher schon lange ein Traum vieler Physikerinnen und Physiker, die Dynamik des Ladungstransportes im Impulsraum in Form von Bandstrukturfilmen zeitaufgelöst zu beobachten, um die Details zu verstehen, welche auch die Geschwindigkeit und die Effizienz elektronischer Bauteile begrenzen. Die Elementarprozesse, welche für den elektrischen Widerstand verantwortlich sind, finden jedoch auf einer Zeitskala statt, die sich nur durch optische Pump-Abfragetechniken mit Hilfe ultrakurzer Laserimpulse auflösen lässt.
In meiner Vorlesung werde ich verschiedene Methoden für eine optische Erzeugung gerichteter elektrischer Ströme an Grenzflächen von herkömmlichen Materialien und von dreidimensionalen topologischen Isolatoren vorstellen und demonstrieren, wie sich deren ultraschnelle Dynamik mit Hilfe der zeit- und winkelaufgelösten Photoelektronenspektroskopie direkt im Impulsraum beobachten lässt. Diese Experimente zeigen insbesondere, dass sich Elektronen an der Oberfläche von topologischen Isolatoren tatsächlich trägheitsfrei beschleunigen lassen und dass die mittlere Länge für deren kohärenten Transport die typischen Gatebreiten heutiger Transistoren deutlich übertrifft. Dies könnte in Zukunft die Realisierung elektronischer Bauteile ermöglichen, welche auf verlustarmem kohärenten Elektronentransfer bei Taktraten im THz-Bereich basieren.

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