Skip to main content
European Commission logo print header

Direct Visualization of Light-Driven Atomic-Scale Carrier Dynamics in Space and Time

Opis projektu

Szybka elektronika tuż za rogiem dzięki ultraszybkim laserom

Urządzenia elektroniczne są coraz bardziej zaawansowane, a ich rozmiary są coraz mniejsze – zbliżamy się do skali atomowej, w której prędkości przełączania osiągają częstotliwości optyczne. Nowa koncepcja, zwana elektroniką fal świetlnych (ang. lightwave electronics), która polega na kontrolowaniu ładunków w skali atomowej przez wielocyklowe impulsy laserowe, może sprawić, że przetwarzanie informacji stanie się nawet tysiąc razy szybsze, niż pozwalają na to częstotliwości mikrofalowe. Realizacja tej koncepcji zależy jednak od możliwości pomiaru ruchu elektronów wewnątrz i wokół atomów. W związku z tym finansowany przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projekt DIVI ma na celu zapewnienie bezpośredniej wizualizacji ruchu elektronów z subatomową rozdzielczością przestrzenną i rozdzielczością czasową wynoszącą mniej niż jeden cykl optyczny. Do wizualizacji podstawowej aktywności elektronów w czasie i przestrzeni zespół projektu DIVI zamierza wykorzystać stroboskopową mikroskopię elektronową i dyfrakcję elektronów. Badanie interakcji między światłem a materią w różnych materiałach w skali atomowej oferuje nową wiedzę, która przybliża naukowców do realizacji wizji superszybkiej elektroniki.

Cel

Electronics is rapidly speeding up. Ultimately, miniaturization will reach atomic dimensions and the switching speed will reach optical frequencies. This ultimate regime of lightwave electronics, where atomic-scale charges are controlled by few-cycle laser fields, holds promise to advance information processing technology from today’s microwave frequencies to the thousand times faster regime of optical light fields. All materials, including dielectrics, semiconductors and molecular crystals, react to such field oscillations with an intricate interplay between atomic-scale charge displacements (polarizations) and collective carrier motion on the nanometer scale (currents). This entanglement provides a rich set of potential mechanisms for switching and control. However, our ability to eventually realize lightwave electronics, or even to make first steps, will critically depend on our ability to actually measure electronic motion in the relevant environment: within/around atoms. The most fundamental approach would be a direct visualization in space and time. This project, if realized, will offer that: a spatiotemporal recording of electronic motion with sub-atomic spatial resolution and sub-optical-cycle time resolution, i.e. picometers and few-femtoseconds/attoseconds. Drawing on our unique combination of expertise covering electron diffraction and few-cycle laser optics likewise, we will replace the photon pulses of conventional attosecond spectroscopy with freely propagating single-electron pulses at picometer de Broglie wavelength, compressed in time by sculpted laser fields. Stroboscopic diffraction/microscopy will provide, after playback of the image sequence, a direct visualization of fundamental electronic activity in space and time. Profound study of atomic-scale light-matter interaction in simple and complex materials will provide a comprehensive picture of the fundamental physics allowing or limiting the high-speed electronics of the future.

System finansowania

ERC-COG - Consolidator Grant

Instytucja przyjmująca

UNIVERSITAT KONSTANZ
Wkład UE netto
€ 110 000,00
Adres
UNIVERSITATSSTRASSE 10
78464 Konstanz
Niemcy

Zobacz na mapie

Region
Baden-Württemberg Freiburg Konstanz
Rodzaj działalności
Higher or Secondary Education Establishments
Linki
Koszt całkowity
€ 110 000,00

Beneficjenci (2)