Keyword: Kondensierte Materie

Michael A. Sentef
03 / 2023 Seite 51
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Licht treibt Materie an

Licht kann in sogenannter Quantenmaterie Phänomene wie Topologie, Supraleitung oder Metall-Isolator-Übergänge induzieren. Daraus entstehen an der Schnittstelle von Festkörperphysik und Quantenoptik neue Forschungsfelder, in denen statt starker Laserpulse nun starke Licht-Materie-Kopplung dazu dient, langlebige Zustände mit neuen Funktionalitäten zu erzeugen.

Aus wertlosen Metallen Gold zu machen – das ist ein alter Menschheitstraum. Ausgehend von den Alchemisten des Mittelalters kristallisierte sich daraus die wissenschaftliche Methode von Versuch und Irrtum, wodurch im 17. und 18. Jahrhundert die moderne Chemie aus der Alchemie entstand. Im 21. Jahrhundert hat das Gold seinen Status zugunsten neuer „Quantenmateria­lien“ eingebüßt, die einmal in grünen Technologien oder Quantenanwendungen zum Einsatz kommen sollen. Quantenmaterialien sind Festkörper, in denen es durch elektronische Korrelationen, Topologie oder beides interessante Phasendiagramme gibt. Diese Phasendiagramme enthalten thermische Materialzustände, die durch thermodynamische Variablen wie Druck, chemische Zusammensetzung oder Temperatur zu kontrollieren sind. 

Eine weitere Möglichkeit, um Materialzustände zu ändern, bieten Laserpulse. Im Gegensatz zu den Gleich­gewichtsphasendiagrammen bringt eine Laseranregung das Material jedoch weg vom thermischen Gleichgewicht, da der Laser dem System Energie zuführt. Die Idee von lichtgetriebenen Materialzuständen besteht nun darin, dass diese zusätzliche Energie auf kurzen Zeitskalen (1 Femtosekunde = 10–15 Sekunden) nicht das Material aufheizt, also die Temperatur erhöht, sondern etwa kohärent dessen elektronische Struktur verändert. Dadurch lassen sich neue Zustände stabilisieren, die im Gleichgewicht nicht existieren oder die sonst instabil wären. (...)
 

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