Please activate JavaScript!
Please install Adobe Flash Player, click here for download

entdeckt_02_2014

TITEL// DAS FORSCHUNGSMAGAZIN AUS DEM HZDR WWW.HZDR.DE 14 15 NIVEAUWECHSEL: Obwohl die HZDR-Physiker die Elektronen im Graphen mit Terahertz-Strahlung (gelbe Spiralpfeile) auf ein bestimmtes Energieniveau (LL0) anregen, sorgen Stoßprozesse zwischen den Teilchen für eine Umverteilung auf die Landau-Niveaus LL-1 und LL1. Terahertz-Strahlung Terahertz-Strahlung ist Licht, dessen Wellen- länge im elektromagnetischen Spektrum genau zwischen Infrarotlicht und der Mikrowellenstrah- lung liegt. Bekannt wurde die Strahlung vor allem durch den Einsatz in sogenannten „Nacktscannern“ an Flughäfen. Terahertz-Pulse werden in der Ma- terialforschung genutzt, um durch systematische Anregung und Abfrage die Dynamik von Elektronen und anderen Ladungsträgern zu untersuchen. Graphen besitzt die Fähigkeit, Strahlung nied- riger Energien wie Terahertz- und Infrarotlicht zu absorbieren, sodass es sich bestens als Material für Detektoren eignet. Laserpulse regen an und fragen ab „In den letzten Jahren wurden viele faszinierende elektrische und optische Effekte von Graphen in Magnetfeldern entdeckt, aber die Dynamik von Elektronen hat bislang niemand in ei- nem solchen System untersucht“, so der Physiker vom Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR. „Wir haben uns gefragt, wie sich Elektronen im Graphen vertei- len, welche Mechanismen dafür verantwortlich sind und auf welchen Zeit- und Energieskalen die Prozesse stattfinden“, erläutert Stephan Winnerl und betont zudem die sorgfältige Arbeit des HZDR-Doktoranden Martin Mittendorff, der Erstau- tor des „Papers“ ist. Mit seinen Kollegen setzte Winnerl das Graphen einem vier Tesla starken Magnetfeld aus. Damit ist das Feld zwar 40 Mal stärker als ein herkömmlicher Hufeisenmagnet, aber noch immer weit entfernt von den über 90 Tesla starken Rekord-Magnetfeldern, welche die HZDR-Kollegen vom Hochfeld-Magnetlabor Dresden nutzen. Es genügt aber bereits, um Elektronen im Graphen dazu zu bringen, nur noch ganz bestimmte Energiezustände einzunehmen. Mit dem Magneten werden die Elektronen also gewissermaßen auf Bahnen gezwungen. Diese Landau-Niveaus wurden dann mit „spiralförmigen“ Lichtpulsen des Freie- Elektronen-Lasers am Zentrum untersucht. „So ein zirkular polarisierter Laserpuls im Terahertz-Bereich regt die Elektronen auf ein bestimmtes Energieniveau an. Ein zeitlich versetzter Puls fragt dann ab, wie sich das System entwickelt. Das nennt sich deshalb auch Anregung-Abfrage-Experiment“, erklärt Winnerl. Umsortierung der Elektronen überrascht Wissenschaftler Das Ergebnis der Versuche verblüffte die Wissenschaftler. Nach und nach leerte sich ausgerechnet das Energieniveau, in welches per Laser stets neue Elektronen gepumpt wurden. Den paradox wirkenden Effekt veranschaulicht Winnerl an einem Alltagsbeispiel: „Man stelle sich vor, eine Bibliothekarin

Seitenübersicht