Lichtinduzierter Energietransport und Vielteilchenwechselwirkungen
Interessante Phänomene, wie z.B. die Kopplung, und somit der Energietransport, zwischen quantenmechanischen Zuständen, sind meist unzugänglich in den Daten von Pump-Probe-Experimenten verborgen. Fügt man der das System anregenden Laserpulssequenz weitere Laserpulse hinzu und fährt die entsprechenden Zeitverzögerungen systematisch durch, so kann die vollständige Antwortfunktion des Quantensystems in einem mehrdimensionalen Datensatz sichtbar gemacht werden. Dies ist der Ansatz der mehrdimensionalen Spektroskopie.
In diesem Projekt entwickeln wir spezielle Puls-Sequenzen für die mehrdimensionale Spektroskopie, mit denen wir die Struktur, Dynamik, Korrelation und den Energietransport zwischen elektronisch angeregten Zuständen in molekularen und supramolekularen Spezies sowie Nanokristallen untersuchen können. Dabei detektieren wir entweder kohärente Signale mittels eines Spektrometers oder Fluoreszenz als Systemantwort. Mit Hilfe der von uns entwickelten Methoden erhalten wir exklusiven spektroskopischen Zugang zu den statischen und dynamischen Eigenschaften von Vielteilchenkomplexen, sogannten „Multiexzitonen“, wodurch wir folgende Fragen adressieren können: Auf welcher Zeitskala fusionieren zwei Exzitonen? Wie stark sind die Coulomb-Wechselwirkungen zwischen mehreren Exzitonen in einem Quantenpunkt? Wie ist der Charakter der Exzitonendiffusion durch einen Polymerstrang?
Eine Abschlussarbeit in diesem Projekt kann viele Arbeitsgebiete umfassen. Im Mittelpunkt stehen die Planung und Durchführung zeitaufgelöster Experimente, was den Umgang mit Lasern und Pulsformern erfordert. Je nach dem Thema der Arbeit, können die folgenden Tätigkeitsgebiete hinzukommen:
- Zweidimensionale Spektroskopie mit kohärenter Signaldetektion in Pump-Probe-Geometrie
- Multidimensionale Spektroskopie mit Fluoreszenzdetektion
- Pump-Probe-Spektroskopie von Multiexzitonen
- Programmierung eines Laserpulsformers in LabVIEW
- Quantendynamische Simulation mit MatLab
- Tieftemperatur-Messungen mittels Kryostat
- Aufbau optischer Setups
Bei Interesse und für weitere Fragen nimm gerne Kontakt mit uns auf!
Kontakt:
Dr. Stefan Müller, stefan.mueller@uni-wuerzburg.de
Literatur zur Übersicht:
[1] P. Malý et al., Phys. Chem. Chem. Phys. 22, 21222-21237 (2020)
Abgeschlossene Abschlussarbeiten
Das Thema deiner Abschlussarbeit in unserem Arbeitskreis wird immer anhand der aktuellen Forschungsarbeiten im Labor vergeben. Daher ist es nicht sinnvoll ständig neue, offene Themen hier auszuschreiben. Nimm einfach Kontakt mit uns auf! Um einen Eindruck über mögliche Abschlussarbeiten in diesem Projekt zu bekommen, werden dir im Folgenden eine Auswahl bereits abgeschlossener Arbeiten vorgestellt.
Masterarbeit
Untersuchung von Exzitonenkorrelationen in Halbleiter-Nanokristallen mit fluoreszenzdetektierter zweidimensionaler Spektroskopie
In dieser Arbeit ging es darum, Korrelationen zwischen Exzitonen in kolloidalen Nanokristallen zeitaufgelöst zu untersuchen. Diese sind nur in den ersten 100 fs nach der Anregung der Nanokristalle mit einem Laserpuls beobachtbar und deren Dynamik ist von Relevanz für die Entwicklung von Quantencomputern. Dazu wurde ein Versuchsaufbau für kohärente 2D Spektroskopie verwendet. Um eine Überlappung von nichtresonante Lösungsmittelbeiträgen mit den gewünschten Signalen dieser ultrakurzen Dynamik zu vermeiden, wurde die Fluoreszenz der Nanokristalle als experimentelle Observable verwendet. Um darüber hinaus unterschiedliche Signalbeiträge besser unterscheiden zu können, wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Kryostat in den Laser-Versuchsaufbau integriert, sodass Proben auf 77 K gekühlt werden konnten. Außerdem wurde eine geeignete Probenpräparation für Tieftemperaturmessungen entwickelt und ein Linsensystem aufgebaut, mit dem die Fluoreszenz gesammelt und auf den Detektor fokussiert wurde.
