Projektbeschreibung
Mit Quantenmaterialien die Elektronik-Höchstgeschwindigkeit in den Petahertzbereich verschieben
Mit der Attosekundentechnologie lassen sich Prozesse untersuchen, die sich in Zeiträumen von 10^-18 Sekunden abspielen. Sie hat die Art und Weise revolutioniert, wie wir die zeitabhängige Entwicklung der mikroskopischen Welt erkunden. Auf dem Gebiet der Informatik bergen die Erkenntnisse der Attowissenschaft das Potenzial, die Geschwindigkeit der Informationsverarbeitung bis in den Petahertzbereich, d. h. um sechs Größenordnungen, zu beschleunigen. Aufgrund ihrer außergewöhnlichen Eigenschaften sind Quantenmaterialien für die Entwicklung der Petahertz-Elektronik unverzichtbar. Das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen finanzierte Projekt QUMATTO wird die elektronischen und topologischen Eigenschaften von Quantenmaterialien mittels intensiver Lichtfelder bis in den Attosekundenbereich erforschen. Die Projektergebnisse könnten dazu beitragen, die ultraschnelle Informationsverarbeitung in zweidimensionalen Materialien oder dreidimensionalen topologischen Isolatoren voranzubringen.
Ziel
The feasibility to sculpt light oscillations on the attosecond (10-18s) timescale has allowed sub-laser-cycle monitoring and control of electron dynamics in gas phase. Attosecond science is now transitioning into the solid state. This route has potential for revolutionary technological impact, improving the speed of information processing by six orders of magnitude, up to the PHz. Yet, standard semiconductors, which have been the focus of most of attosecond studies in solids so far, will always suffer from high energy losses. Quantum materials offer a solution thanks to their unique properties: scatter-free transport (topological insulators), and ability to harness extra electronic degrees of freedom as information carriers (valleytronics). This proposal brings together two fields that have traditionally been apart, attosecond laser technology and quantum materials. Bringing attosecond and strong-field physics into lightwave control of quantum materials, this combined theoretical and experimental project aims to: (i) induce, control and probe electronic and topological properties in quantum materials (2D materials, 3D topological insulators) at few-femtosecond to attosecond timescales via non-resonant, intense tailored light fields, (ii) manipulate and read the electronic valley and spin degrees of freedom at optical (PHz) rates in the non-resonant strong-field regime, i.e. in a way such that the same laser system can be used for a wide range of monolayers and heterostructures. On the one hand, the QUMATTO project has the potential to open new routes for ultra-fast information processing in energy-efficient materials. On the other, it will allow to gain new understanding of quantum properties, e.g. laser-induced topological phase transitions, by studying them at the ultrafast timescales of coherent electron motion.
Wissenschaftliches Gebiet
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicsoptoelectronics
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructures
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- natural sciencescomputer and information sciencesdata sciencedata processing
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physics
Schlüsselbegriffe
Programm/Programme
Thema/Themen
Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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MSCA-IF - Marie Skłodowska-Curie Individual Fellowships (IF)Koordinator
12489 Berlin
Deutschland