Descripción del proyecto
Controlar las propiedades electrónicas de los sólidos podría conducirnos a novedosos dispositivos optoelectrónicos
Los materiales sólidos se pueden clasificar como metales, semiconductores o aislantes en función de su conductividad (o resistividad) y bandas de energía. La energía de los electrones en átomos aislados es diferente a la de los sólidos, donde los electrones de átomos adyacentes se acercan mucho y, en ocasiones, incluso se solapan. Mientras que los electrones en átomos libres tienen niveles de energía discretos, sus estados de energía disponibles en sólidos forman las llamadas «bandas de energía». Los aislantes se caracterizan por una gran separación entre la banda energía de los electrones más estables y aquella de los más «excitables», mientras que los metales presentan un solapamiento de las bandas. El proyecto DANCE, financiado con fondos europeos, está investigando nuevos métodos ópticos para controlar las bandas de energía de los sólidos, lo cual permitiría desarrollar nuevas aplicaciones y dispositivos optoelectrónicos.
Objetivo
The band structure of solids is mainly determined by the orbital overlap between neighboring atoms. Therefore, electronic properties are commonly controlled via the chemical composition that determines the relevant structural parameters such as bond angles and lengths. DANCE will use a radically different approach where control of the effective orbital overlap is achieved by periodic modulation of the solid with strong mid-infrared and terahertz light fields. In this way, DANCE will control the band structure including topology, many-body-interactions, and spin. The induced band structure changes will be investigated with time- and angle-resolved photoemission spectroscopy.
I will implement two different driving schemes that either coherently modulate the atomic positions or the momentum of the Bloch electrons. Resonant excitation of infrared-active phonon modes results in a periodic modulation of the band structure at twice the driving frequency and, thus, a modified average band structure. In addition, non-linear coupling to Raman-active phonons leads to new quasi-static crystal and band structures. Coherent modulation of the Bloch electrons momentum becomes possible if the scattering time is bigger than the inverse driving frequency and is predicted to result in various topological phase transitions as well as dynamical localization of carriers. I will apply this approach to different low-dimensional solids with strong electron-phonon coupling and Dirac materials with long scattering times.
DANCE will address the following key questions: Can we switch between metallic, insulating and topological phases? Can we shape the potential energy surface of the solid to stabilize symmetry-broken ground states? Can we generate artificial magnetic fields to control the electron spin? The success of DANCE will establish dynamical band structure engineering as a new method for electronic structure control and pave the way for novel optoelectronic and optospintronic devices.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
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Palabras clave
Programa(s)
Régimen de financiación
ERC-STG - Starting GrantInstitución de acogida
93053 Regensburg
Alemania