Zeitaufgelöste Spektroskopie in der Nanowelt

Um bei der räumlichen Auflösung das optische Beugungslimit von ca. 200 nm zu umgehen, bilden wir in diesem Projekt statt Photonen die von Laserpulsen herausgelösten Photoelektronen mit einem Elektronenmikroskop ab und erreichen damit eine Ortsauflösung von ca. 3 nm. Damit lässt sich die Wechselwirkung einzelner Quantensysteme auf kleinsten räumlichen Skalen, wie z.B. der Energietransport zwischen oder innerhalb von molekularen Aggregaten, selektiv untersuchen. Auf ähnlich kleinen Skalen spielt sich die sog. Nano-Optik ab, in der Photonen an Nanostrukturen lokalisiert werden und wie auf einem Chip zu einzelne Bauelemente mit Lichtgeschwindigkeit verteilt werden können. Zusammen mit der Möglichkeit molekulare Systeme an diese Strukturen zu koppeln, und damit die molekulare Antwort auf Lichtanregung und elektrischen Transporteigenschaften zu beeinflussen, lassen sich nicht nur mittels der kohärenten optischen 2D Spektroskopie fundamentale Phänomene der Licht-Materie-Wechselwirkung in der Nanowelt untersuchen, sondern auch neue molekulare Halbleiter-Bauelemente entwickeln.

Eine Abschlussarbeit in diesem Projekt kann viele Arbeitsbereiche umfassen. Zentral ist natürlich die Planung und Durchführung zeitaufgelöster Experimente, was den Umgang mit Lasern und optischen Bauelementen erfordert. Dazu kommen, je nach Thema der Arbeit,

• die Präparation molekularer Schichtsysteme im Ultrahochvakuum,
• die Charakterisierung molekularer Strukturen mittels LEED und LEEM,
• der Umgang mit einem Photoelektronenmikroskop (PEEM),
• quantendynamische Simulation,
• der Aufbau optischer Setups,
• Hardwareansteuerung und Programmierung,
• ... u.v.m.

Bei Interesse und für weitere Fragen nimm gerne Kontakt mit uns auf!

Kontakt:

Dr. Matthias Hensen, matthias.hensen@uni-wuerzburg.de

Literatur zur Übersicht:

[1] B. Huber et al., Rev. Sci. Instrum. 90, 113103 (2019)

[2] M. Aeschlimann et al., Science 333, 1723-1726 (2011)

Ultrakurze Laserpulse, in denen die optische Energie auf wenige Femtosekunden gebündelt ist, bilden die Grundlage um die Dynamik von molekularen Prozessen zu verfolgen. Aber woher weiß man eigentlich, welche Zeitdauer der Laserpuls hat, wenn es kein schnelleres Ereignis zum Nachmessen gibt? In dieser Arbeit wurde ein Setup auf Grundlage von literaturbekannten Konzepten aufgebaut, mit dem sich die zeitliche Struktur des Laserpulses auf der Femtosekundenskala rekonstruieren lässt. Zu den Aufgaben gehörten der Aufbau und die Justage der optischen Komponenten, so wie die Ansteuerung der Hardware und das Programmieren eines einfachen Messprogramms. Dieses Setup ist nun Grundlage der täglichen Arbeit in diesem Projekt.

Um die zeitliche Dynamik lichtinduzierter elektronischer Anregung in molekularen Dünnschichtsystemen zu untersuchen, müssen diese Oberflächensysteme zunächst präpariert werden. Interessant ist hier speziell die Fragestellung, welchen Einfluss die Ordnung der Moleküle auf diese Dynamik hat. Ziel dieser Arbeit war es daher, den zuvor in einer anderen Bachelorarbeit aufgebauten Evaporator zur Molekularstrahlepitaxie in Betrieb zu nehmen und damit die Präparation langreichweitig geordneter (Mono)lagen von Titanyl-Phthalocyanin auf einem Ag(111)-Einkristall zu ermöglichen. Die Ordnung dieser Strukturen wurde dann mittels Elektronenbeugung (LEED) im Elektronenmikroskop charakterisiert. Die Ergebnisse und Erfahrungswerte dieser Arbeit, von der Präparation des Einkristallsubstrats mittels Argon-Sputtern bis zur Justage der Elektronenoptiken im Elektronenmikroskop, bilden die Grundlage für die zukünftige Präparation molekularer Oberflächensysteme.