Bereich C: Präzisionsphysik

Direktorin: N. Picqué, Humboldt Universität zu Berlin

Der Bereich C wird seit dem 1. Oktober 2023 von Prof. Dr. Nathalie Picqué geleitet, die als Professorin für Experimentalphysik gemeinsam mit der Humboldt-Universität berufen wurde. Um einen Überblick über die wissenschaftlichen Aktivitäten des neu strukturieren Bereichs C zu geben, wird der Webauftritt gegenwärtig aktualisiert.

Im Bereich C wird grundlegend die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie untersucht. Unsere Forschungen umfassen verschiedene Bereiche der Spektroskopie und nichtlinearen Optik. Zu den Themen gehören Interferometrie, Präzisionsspektroskopie, 3D-Bildgebung, Quantenphysik, Molekularspektroskopie, zweidimensionale Femtosekundenspektroskopie, ultraschnelle Optik und Laserfrequenzkämme. Die Anwendungen reichen von Tests grundlegender physikalischer Gesetze bis hin zur markierungsfreien Identifizierung von Biomolekülen. Wir erforschen fortschrittliche photonische Werkzeuge wie optische Frequenzkämme, Ultrakurzpulslaser und neuartige nichtlineare Optik, um die Grenzen des bisher Möglichen zu überschreiten.

Zuvor wurde der Bereich C unter dem Titel "Nichtlineare Prozesse in kondensierter Materie" bis zum 30. September 2022 von Prof. Dr. Thomas Elsässer geleitet. Ultraschnelle Prozesse in kondensierter Materie und ihre technologische Anwendung bildeten den Schwerpunkt der Forschung. Die Dynamik von Gleichgewichtsfluktuationen und elementaren Anregungen werden in Festkörpern, insbesondere Halbleitern und Ferroelektrika, Nanostrukturen, molekularen Flüssigkeiten und hydratisierten Biomolekülen untersucht. Ziel ist ein physikalisches Verständnis von Prozessen und Wechselwirkungen auf atomarer und molekularer Ebene. Hierfür werden modernste Methoden der Ultrakurzzeitspektroskopie eingesetzt, darunter zweidimensionale Infrarot- und Terahertz-Spektroskopie mit einer Zeitauflösung im Femtosekundenbereich. Ein komplementäres Forschungsfeld sind photoinduzierte Strukturänderungen (poly)kristalliner Materialien, die mittels Röntgenbeugung und -absorption im Femtosekundenbereich sichtbar gemacht werden. Die Wirkprinzipien von Ultrakurzpuls-Lasern und ihre Umsetzung in neuartigen Lasersystemen, die Entwicklung neuartiger Kurzzeit-Meßverfahren und die Charakterisierung optoelektronischer Bauelemente sind Gegenstand der angewandten Forschung des Bereichs.

Der Bereich C besteht aus drei Abteilungen :

Die Kompetenzfelder des Bereichs sind:

Experiment

• Spektroskopie an Festkörpern und molekularen Flüssigkeiten im sub-50 fs Zeitbereich
• Femtosekunden-Infrarotspektroskopie an Festkörpern und Molekülen einschließlich multidimensionaler Methoden
• Femtosekunden-Röntgenbeugung und -absorption
• Erzeugung von Femtosekundenimpulsen in diodengepumpten Festkörper- und Faserlasern und OPCPA-Systemen, Wellenlängenbereich 200 nm - 20 µm
• Erzeugung intensiver Terahertz-Impulse und feldaufgelöste Charakterisierung
• Erzeugung ultrakurzer harter Röntgenimpulse mit lasergetriebenen Laborquellen
• Spektroskopische Techniken für Alterungs- und Verspannungsuntersuchungen in Laserdioden

Analyse und Simulation

• Nichtlinearer Ladunsgtransport in Festkörpern bei hohen elektrischen Feldern
• Zeitlich und räumlich aufgelöste Ladungsdichteverteilungen in Festkörpern
• Nichtlineare zweidimensionale Infrarot- und Terahertzspektren

Im Rahmen der Forschungsstruktur des MBI beteiligen sich Wissenschaftler des Bereichs C an folgenden Projekten:
 

Eine enge Zusammenarbeit besteht auch zwischen

3.1 and project 2.1 Time-resolved XUV-science

3.1 and project 3.2 Solids and Nanostructures: Electrons, Spins, and Phonons