Elektronen als Maßstab für Kristallstruktur – veröffentlicht in Physical Review Letters
Wir konnten zeigen, dass Elektronen in einem Kristall, die durch ultrakurze und intensive Laserimpulse angetrieben werden, als ein extrem präziser Maßstab für die elektronische Struktur des Kristalls dienen. Im optischen Feld der Laserimpulse bewegen sich die Elektronen auf einer Zeitskala von einer einzigen Femtosekunde durch den Kristall – eine Million Mal schneller als die Bewegung von Elektronen in Computerchips. Unter diesen extremen Bedingungen offenbaren die Elektronen ihre Quantennatur, die es ihnen ermöglicht, die Energielandschaft des Kristalles mit ungeahnter Präzision abzutasten. Unter Ausnutzung dieses Phänomens haben wir eine Methode entwickelt, um die elektronische Struktur des 2D-Materials Graphen zu kartieren. Das Verfahren ist vergleichbar mit einer Murmel, die über eine zunächst unbekannte Oberfläche rollt und je nach Höhe dieser Landschaft ihre Farbe ändert. Anhand der Farbe, die die Murmel am Ende ihrer Laufbahn annimmt, können wir ablesen, wie die Landschaft aussah, die sie durchquert hat. In Graphen nutzen wir dieses Prinzip, um die Quantenphase der Elektronen zu detektieren, die der Farbe der Murmel ähnelt. Diese Methode ermöglicht uns nicht nur einen Einblick in das grundlegende Verhalten von Elektronen als quantenmechanische Teilchen, sondern wir erwarten, damit in Zukunft schnelle Veränderungen der Kristallstruktur hin zu völlig neuen Materiezuständen mit maßgeschneiderten Quanteneigenschaften für technologische Anwendungen beobachten können.
Diese Ergebnisse wurden in hier in Physical Review Letters veröffentlicht. Eine barrierefreie Version findet sich hier auf arXiv.