Ein Blick ins Innere von Materialien

Während des letzten Jahrzehnts führte die Attosekundenphysik zu umfangreichen theoretischen Bemühungen um numerische Vorhersagen für Modelle zur Licht-Materie-Wechselwirkung und Elektronendynamik in Atomen. Bisher wurden die Untersuchungen an Atomen, Molekülen und den Oberflächen von Feststoffproben durchgeführt. Das EU-geförderte Projekt ATTOTRON ("Attosecond electron processes in solids") will Attosekundenstrahlung einsetzen, um die dynamischen Eigenschaften von Schüttgütern zu untersuchen.

Ähnlich wie die Mikrowellenstrahlung können Infrarot- und optische Felder die physikalischen Eigenschaften von Breitbandmaterialien wie etwa die in Halbleitertechnologien verwendeten Dielektrika verändern. Insbesondere ultrakurze Laserpulse ermöglichen eine beschädigungsfreie Bestrahlung und wesentliche Veränderungen des elektronischen Systems von Dielektrika. Außerdem lassen sich Dielektrika durch solche stark und zeitlich begrenzten Felder von einem Isolator zu einem Leiter umwandeln.

ATTOTRON bietet die Möglichkeit, die elektronische Struktur von Dielektrika und ihre Fähigkeit, mit Nahinfrarot-Laserstrahlung im Teilfemtosekundenbereich polarisiert zu werden, zu manipulieren. Die Untersuchungen zu Halbleitern sollen ein tiefes Verständnis der Dynamik der sichtbaren Elektronenanregung und die ultraschnelle Kopplung von Elektronen- und Nuklear-Kinetik liefern. In Zusammenarbeit mit Theoretikern wird ein theoretischer Rahmen für die Analyse von im neu erstellten Versuchsschema aufgezeichneten Daten entwickelt.

Der elektronische Femtosekunden-Transfer bildet die Grundlage der modernen Siliziumtechnologie und damit den Grundstein für Maschinenintelligenz und Kommunikationstechnologien. ATTOTRON-Studien zu Steuerung und Beobachtung des zeitlichen Verhaltens von Elektronen sollte wichtige Einblicke in die Bandstrukturen und Trägerdynamik von Schüttgütern liefern. Die Erkenntnisse zur ultraschnellen Elektronendynamik in Siliziumdioxid wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.