Wenn Licht auf atomdünne Schichten fällt

Was geschieht, wenn die dünnsten nur denkbaren Materialschichten von Licht angeregt werden – Schichten mit einer Dicke von nur einem einzelnen Atom? Wie verhält sich das Elektronensystem dieses Materials unter dem Lichteinfall?

Für die Erforschung der ultraschnellen Dynamik von Elektronen in Materialien mit Schichtstruktur erhält der Konstanzer Physiker Dr. Daniele Brida eine Förderung im Rahmen des Emmy Noether-Programmes der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Das Projekt an der Universität Konstanz wird mit einer Fördersumme von 1,65 Millionen Euro für einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren unterstützt.

Materialien mit Schichtstruktur sind in der Forschung aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften von großem Interesse. Sie besitzen ein aussichtsreiches Potenzial für die Herstellung atomar dünner Elektronik und Optoelektronik. Dadurch könnten bestehende Grenzen für die Miniaturisierung aktueller Halbleitertechnologie unterschritten werden.

Daniele Brida untersucht die optischen und elektronischen Eigenschaften zweidimensionaler Atomstrukturen, in denen die Bewegungsmöglichkeiten der Elektronen auf nur zwei Richtungen eingeengt sind. Ein Beispiel hierfür ist Graphen, eine einzelne Lage von Kohlenstoff-Atomen.

Brida beobachtet das Verhalten des Elektronensystems unter Lichtbestrahlung auf einer Zeitskala im Femtosekundenbereich – das entspricht dem millionsten Teil einer Milliardstel Sekunde. Zum Vergleich: Femtosekunden stehen zu einer Minute in etwa demselben Größenverhältnis wie eine Minute zum Alter des Universums.

Um diese außergewöhnlich hohe Messempfindlichkeit bereitstellen zu können, entwickelt Brida neuartige, ultraschnelle Messtechniken mit dem Ziel, eine Zeitauflösung von weniger als zehn Femtosekunden zu erreichen. Der Konstanzer Physiker nutzt hierfür ultrakurze optische Impulse in mehreren Spektralbereichen, um die Elektronensysteme anzuregen und danach das Verhalten der Elektronen im zweidimensionalen System zu verfolgen.

Daniele Brida ist Fellow des Zukunftskollegs und Nachwuchsgruppenleiter an der Professur für Ultrakurzzeitphysik und Photonik der Universität Konstanz. Er studierte Physikingenieurwesen mit dem Schwerpunkt Optik und Laser am Polytechnikum Mailand, wo er 2010 promoviert wurde. Zunächst als Gastwissenschaftler, später als Nachwuchsgruppenleiter forscht Daniele Brida seit 2012 in Konstanz.

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Dr. Daniele Brida
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