Projektbeschreibung
Ultraschnelle Elektronendynamik mit hoher räumlicher Auflösung erforschen
Die Quantenkohärenz ist ein wichtiges Merkmal der Quantenphysik. Sie kennzeichnet die Phasenkorrelationen von Licht- oder Materiewellen. Da es an bildgebenden Instrumenten mit extrem hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung fehlt, können Kohärenzphänomene in Elektronensystemen nicht problemlos erforscht werden. Das Ziel des EU-finanzierten Projekts ATTIDA lautet, das volle Potenzial der Attosekundenspektroskopie auszuschöpfen und auf diese Weise ultraschnelle Kohärenzphänomene mit hoher räumlicher Auflösung zu untersuchen. Der vorgeschlagene Ansatz beruht auf einer aus Kombination aus Attosekundenspektroskopie, Rastertunnelmikroskopie und Elektronenholografie. Mithilfe dieser Kombination wird das Forschungsteam die Einzelmolekül-Ladungsdynamik untersuchen und beobachten, wie sich Elektronensysteme in Nanostrukturen im Lauf der Zeit weiterentwickeln. Die Projektaktivitäten könnten der Quantenoptik, Plasmonik, Molekularelektronik, Oberflächenwissenschaft, Femtochemie und weiteren Bereichen zugutekommen.
Ziel
Coherence is a fundamental property of quantum mechanics, characterizing phase correlations of light or matter waves. It is at the heart of many physical phenomena, such as the creation of electron-hole pairs in the photovoltaic effect or the fast migration of electronic charge within a molecule. In order to study coherent electron dynamics, extremely high spatial and temporal resolving power is required, which is highly challenging. Well-established imaging methods like scanning tunneling microscopy achieve atomic-scale spatial resolution, while lacking ultrafast time resolution. At the temporal frontier, I recently bridged the gap between attosecond spectroscopy (1as = 10-18 s) and the nano-scale. The goal of my research program is to unlock the full potential of attosecond spectroscopy by achieving simultaneous spatial and temporal probing of ultrafast coherent phenomena.
The proposed approach relies on the introduction of attosecond spectroscopy into scanning tunneling microscopy and electron holography. The spatial resolution of these methods is based on nano-scale needle tips, serving as local probes or as point-like electron sources. My team and I will develop attosecond temporal gates at the tips, enabling pump-probe spectroscopy. The resulting “pump” – triggering the coherent dynamics – and the “probe” – measuring its evolution – are localized in space and time, with attosecond and sub-nanometer precision. This combination will allow watching charge dynamics in a single molecule and observing multi-electron dynamics in nanostructures with atomic-scale site selectivity, as they evolve in real time.
My approach has the potential to shed new light on quantum optics, plasmonics, molecular electronics, surface science and femtochemistry. In particular, my team and I will study quantum tunneling on the atomic level, charge migration in organic molecules and electron-hole dynamics in low-dimensional solid-state systems.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-STG - Starting GrantGastgebende Einrichtung
32000 Haifa
Israel