Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Ein neuer Regelknopf zur Kontrolle und Erzeugung höherer Harmonischer in Festkörpern

29.09.2017

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie (MPSD) und dem Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) in Hamburg haben einen neuen Regelknopf nachgewiesen, der die Kontrolle und Optimierung der Erzeugung hoher Harmonischer in Volumenfestkörpern ermöglicht. Die Erzeugung hoher Harmonischer ist einer der wichtigsten physikalischen Prozesse zur Produktion hochenergetischer Photonen und zur ultraschnellen Informationsmanipulation.

Die Erzeugung hoher Harmonischer in Gasen wird heutzutage routinemäßig in vielen verschiedenen Wissenschaftsdiziplinen verwendet, von der Physik über die Chemie bis zur Biologie. In diesem Starkfeldphänomen werden viele niederenergetische Photonen aus einem sehr intensiven Laserfeld in wenige Photonen höherer Energie konvertiert. Obwohl dieses Phänomen in Festkörpern zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnt, wird der Mechanismus, der dieser Lichtkonversion in Kristallen zugrunde liegt, immer noch kontrovers diskutiert.


Regt man Kristalle wie Silizium durch einen intensiven elliptisch oder zirkular polarisierten Lichtpuls (rot) an, können zirkular polarisierte höhere Harmonische (grün & blau) erzeugt werden.

Nicolas Tancogne-Dejean + Joerg M. Harms, MPSD

Wissenschaftler vom MPSD (Max Planck Institute für Struktur und Dynamik der Materie) und CFEL* (Center for Free-Electron Laser Science) in Hamburg benutzten modernste theoretische Simulationsmethoden, um das grundlegende Verständnis dieses Phänomens in Festkörpern weiterzuentwickeln. Ihre Arbeit erscheint nun in Nature Communications.

Wenn Atome und Moleküle mit intensiven Laserpulsen wechselwirken, emittieren sie hohe Harmonische des treibenden fundamentalen Laserfeldes. Die hohe Harmonische Erzeugung (HHG) in Gasen wird heutzutage routinemäßig zur Produktion isolierter Attosekundenpulse und von kohärenter Strahlung vom sichtbaren bis in den weichen Röntgen-Spektralbereich benutzt.

Aufgrund der höheren Elektronendichte stellen Festkörper eine vielversprechende Forschungsrichtung zur Realisierung von kompakten, helleren HHG-Quellen dar. Der Fortschritt wird derzeit jedoch behindert durch das Fehlen eines genauen Verständnisses des mikroskopischen Mechanismus, der HHG in Festkörpern zugrunde liegt.

Ein Forschungsteam vom MPSD und CFEL hat nun gezeigt, dass es mit elliptisch polarisierten Treiberfeldern möglich ist, das komplexe Wechselspiel zwischen den beiden mikroskopischen Mechanismen, die für die HHG in Festkörpern verantwortlich sind, zu enträtseln. Mithilfe von umfangreichen ab-initio Computersimulationen zeigt das Team, wie diese beiden Mechanismen stark und unterschiedlich von der Elliptizität des treibenden Laserfeldes beeinflusst werden.

Das komplexe Wechselspiel zwischen diesen Effekten kann dazu genutzt werden, um die Emission höherer Harmonischer gezielt zu beeinflussen und sogar zu verbessern. Insbesondere konnten die Forscher nachweisen, dass die höchste erzeugte Photonenenergie um bis zu 30% erhöht werden kann, wenn Treiberfelder mit von Null verschiedener Elliptizität verwendet werden.

Sie demonstrierten auch die Möglichkeit, zirkular polarisierte Harmonische mit alternierender Helizität durch einfarbige, zirkular polarisierte Treiberfelder zu erzeugen. Dadurch eröffnen sich neue Wege zu einem besseren Verständnis und zur Kontrolle der HHG in Festkörpern basierend auf Elliptizität, mit faszinierenden neuen Möglichkeiten im Bereich der Spektroskopie magnetischer Materialien. Ihre Arbeit zeigt somit, dass Elliptizität ein zusätzlicher Regelknopf ist, um experimentell die Erzeugung höherer Harmonischer in Festkörpern zu kontrollieren.

*CFEL ist eine wissenschaftliche Kooperation von DESY, Max-Planck-Gesellschaft und Uni Hamburg

Originalpublikation:
Ellipticity dependence of high-harmonic generation in solids: unraveling the interplay between intraband and interband dynamics
N. Tancogne-Dejean, O.D. Mücke, F.X. Kärtner, A. Rubio
Nature Communications, s41467-017-00764-5 (2017)

Weitere Informationen über Jenny Witt, Presse- und Öffentlichkeitsarbeit MPSD, +49 40 8998 6593 / jenny.witt@mpsd.mpg.de

Weitere Informationen:

http://dx.doi.org/10.1038/s41467-017-00764-5 Originalpublikation

Jenny Witt | Max-Planck-Institut für Struktur und Dynamik der Materie
Weitere Informationen:
http://www.mpsd.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht APEX wirft einen Blick ins Herz der Finsternis
25.05.2018 | Max-Planck-Institut für Radioastronomie

nachricht Matrix-Theorie als Ursprung von Raumzeit und Kosmologie
23.05.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics