11.07.2019
BMBF-Förderung im Bereich der optischen Nahfeldmikroskopie
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) stellt der Professur für Experimentalphysik/Photophysik über 1,5 Millionen Euro für die zweite Förderphase der Forschungsprojekte "NanOMap II" und "TiNa II" zur Verfügung.
Nahfeldmikroskopie (SNIM) ermöglicht die spektroskopische und oberflächenabbildende Untersuchung von Festkörpern mit einer Wellenlängen-unabhängigen Auflösung von 30 nm. Damit ist es speziell im IR bis THz Bereich möglich, nanoskopische Strukturen auf einer Längenskala weit unterhalb der Wellenlänge zu charakterisieren, welche uns aufgrund der Wellennatur des Lichts sonst verborgen bleiben. Anwendungen dieser Methode finden sich in den Bereichen der Materialwissenschaften, der Bio-, Nano-, Energie- und Halbleitertechnologien sowie der nanoskaligen Photonik.
Die Kombination von SNIM mit dem IR-bis-THz Freie-Elektronen Laser FELBE ermöglicht es, Resonanzen in Materialien direkt zu adressieren und damit die Empfindlichkeit der Methode maßgeblich zu erhöhen. Dabei finden insbesondere spektrale Bereiche Anwendung, welche durch konventionelle Quellen nicht abgedeckt werden, die jedoch die Aufklärung grundlegender Eigenschaften von Materie durch Anregung von Polaritonen ermöglichen. Damit bereichert die FELBE-SNIM die nanoskalige, spektroskopische Charakterisierung von Materialien bei Raumtemperatur und bei tiefen Temperaturen.
NanOMap II
Im Vorhaben "NanOMap II - Nanoskopische Optische Materialanalyse an FELBE" unter der Leitung von Frau Dr. Susanne Kehr wird ein kommerzielles Nahfeldmikroskop für FELBE beschafft und eingerichtet werden, welches sowohl einmalige Messmöglichkeiten bietet als auch explizit für den Nutzerbetrieb konzipiert ist. Neben der Integration des neuen Gerätes an FELBE wird dessen Leistungsfähigkeit an ausgewählten Fragestellungen demonstriert werden und in Experimenten mit Kooperationspartnern für den Nutzerbetrieb optimiert. Nach Abschluss des Projektes werden unikale Nahfeldmikroskope an FELBE für externe Nutzer zur Verfügung stehen, welche optische Untersuchungen mit einer Auflösung von 30 nm im Wellenlängenbereich von 4 bis 250 μm und bei Temperaturen von 4 bis 300 K ermöglichen.
Hochauflösende Materialanalyse unter Infrarot-Beleuchtung durch den Freie-Elektronen-Laser FELBE. Im Vorhaben NanOMap II wird hierzu ein nutzerfreundliches Mikroskop integriert werden.
TiNa II
Das Hauptziel des Projektes "TiNa II - Time-resolved Nanoscopy in the deep THz regime" unter der Leitung von Herrn Prof. Dr. Lukas Eng ist es, die Entwicklung und Anwendung der THz-Nanoskopie mit den THz-Quellen des ELBE-Linearbeschleunigers zu fördern. Hierfür wird die zeitaufgelöste Nahfeldmikroskopie zur Untersuchung ultraschneller dynamischer Prozesse, die durch intensive THz-Strahlung induziert werden, mit <30 fs Zeitauflösung und <50 nm Ortsauflösung realisiert. Des weiteren werden diese Methoden angewandt, um die neuartige Physik moderner komplexer Quantenmaterialien wie topologische Isolatoren, 2D-Materialien, magnonische Materialien, Dirac- und Weyl-Halbmetalle aufzuklären.
In diesem Projekt wird das Ziel verfolgt, ultrastabile nanoskopische Methoden mit Table-Top-Breitband-THz und einstellbaren Mittelinfrarot-Lasern zu entwickeln. Die Möglichkeit, kleine Änderungen in lokalen nanoskaligen Reflektivitätssignalen zu detektieren, wird sich vor allem für hoch-aktuelle Materialsysteme wie Dirac- oder Weyl-Quantenmaterialien als wertvoll erweisen, die insbesondere kontinuierliche Energieniveaus von Null (Dirac-Punkt) bis zu einigen hundert meV aufweisen, über mehrere Energiebänder verfügen oder Weyl-Knoten in der Nähe der Fermi-Energie ausbilden. Die nanoskopische Charakterisierung dieser Materialien mit THz-Strahlung ermöglicht es, direkt diese ausgezeichneten Parameter abzubilden und damit einen maßgeblichen Beitrag zur aktuellen Forschungsthemen aus dem Gebiet der Materialwissenschaften zu leisten.
