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Sub-Zyklen-Kontrolle von Elektronen in hexagonalen 2D-Materialien – angenommen in Journal of Physics: Photonics

Die optische Kontrolle von Elektronen mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen ermöglicht es, Elektronen innerhalb eines Materials kohärent zu steuern. Damit können Prozesse untersucht werden, die bisher nicht zugänglich waren, wie beispielsweise Quantenpfad-Interferenz [1-3] und topologische Effekte [4]. Kürzlich konnten wir experimentell zeigen, dass Elektronen in Graphen gekoppelte Intraband-Bewegung und Interbandübergang durchlaufen. Angesichts der Kürze der treibenden Laserpulse sind diese Prozesse vollständig kohärent, was die Interferenz verschiedener Quantenpfade in Graphen ermöglicht [1-3]. In diesem neuen Beitrag untersuchen wir numerisch die zeitaufgelöste Elektronendynamik solcher Prozesse in 2D-Materialien (siehe Abbildung für die zeitlichen Verlauf der Leitungsbandpopulation in der Nähe des Dirac-Punktes). Darüber hinaus sagen wir voraus, dass diese Prozesse in Materialien mit einer Bandlücke, die ungefähr der Photonenenergie entspricht, noch stärker ausgeprägt sein sollten. Solche Materialien sind zum Beispiel Übergangsmetall-Dichalcogenide (TMDC). Unsere Ergebnisse werden in einer Sonderausgabe zu Attosekundentechnologie und -physik veröffentlicht, die von unseren Kollegen Profs. Jens Biegert, Francesca Calegari, Nirit Dudovich, Fabien Quéré und Marc Vrakking herausgegeben wird. Das Manuskript kann man bereits jetzt hier ansehen.

 

[1] T. Higuchi, C. Heide, K. Ullmann, H. B. Weber, and P. Hommelhoff, Light-field-driven currents in graphene, Nature, 550, 7675 (2017).
[2] C. Heide, T. Boolakee, T. Higuchi, H. B. Weber, and P. Hommelhoff, Interaction of carrier-envelope phase-stable laser pulses with graphene: the transition from the weak-field to the strong-field regime, New J. Phys., 21, 4 (2019).
[3] C. Heide, T. Higuchi, H. B. Weber, and P. Hommelhoff, Coherent Electron Trajectory Control in Graphene, Phys. Rev. Lett., 121, 20 (2018).
[4] SA Oliaei Motlagh, F. Nematollahi, V. Apalkov, and MI Stockman, Topological resonance and single-optical-cycle valley polarization in gapped graphene, Phys. Rev. B, 100, 115431 (2019).