Jenseits des Blinkens: Untersuchung quantenmechanischer Materialien mit attosekundenschnellen Methoden

Erforschung stark korrelierter Festkörper

Stark korrelierte Festkörper sind komplexe quantenmechanische Systeme, in denen häufig neue elektronische Zustände entstehen, wenn sie mit Licht wechselwirken. Diese Materialien, zu denen Hochtemperatur-Supraleiter und bestimmte Arten magnetischer Materialien gehören, stellen unser Verständnis der Mikrokosmen auf die Probe und bieten Möglichkeiten für verschiedene Anwendungen. Das Verständnis der Hierarchie und des Zusammenspiels der elektronischen Zustände in diesen Materialien ist entscheidend, da Transformationen zwischen den Zuständen oft mit Phasenübergängen verbunden sind.

Phasenübergänge sind schnelle Transformationen, die besonders dann auftreten, wenn das Material mit Licht interagiert. Um diese Übergänge besser zu verstehen, verlassen sich Forscher auf leistungsstarke Werkzeuge wie Röntgenlaser und Attosekundenwissenschaft. Die Attosekundenwissenschaft ermöglicht eine zeitliche Auflösung im Subfemtosekundenbereich und ermöglicht es Forschern, die komplexe Ladungsbewegung zu untersuchen, die durch Laserpulse in stark korrelierten Systemen ausgelöst wird.

Innovationen in der Spektroskopie

Das internationale Forscherteam hat einen neuartigen Ansatz zur Überwachung und Entschlüsselung der ultraschnellen Ladungsbewegung in stark korrelierten Materialien vorgestellt. Sie haben eine Variante der ultraschnellen mehrdimensionalen Spektroskopie entwickelt, die attosekundengesteuerte Laserpulse unterschiedlicher Farben verwendet. Diese Spektroskopiemethode bietet eine zeitliche Auflösung im Subzyklusbereich und zeigt das komplexe Zusammenspiel zwischen elektronischen Konfigurationen auf.

Durch ihre Arbeit zeigt das Team, dass ein Phasenübergang von einem metallischen Zustand zu einem isolierenden Zustand in weniger als einer Femtosekunde stattfinden kann. Dieser Durchbruch in der Spektroskopie eröffnet neue Möglichkeiten zur Untersuchung und Beeinflussung ultraschneller Prozesse in stark korrelierten Materialien, übertrifft bisherige Methoden und ermöglicht die Entdeckung neuer Phänomene in diesen Materialien.

Referenz

Valmispild, V. N., Gorelov, E., Eckstein, M., Lichtenstein, A. I., Aoki, H., Katsnelson, M. I., Ivanov, M. Yu., & Smirnova, O. (2024). Sub-cycle multidimensional spectroscopy of strongly correlated materials. Nature Photonics. DOI: 10.1038/s41566-023-01371-1