Erzeugung und Charakterisierung von ultrakurzen Laserimpulsen ...

1. Einleitung
Ein großer Schwerpunkt der aktuellen Physik ist die Festkörperphysik. Wenn sich
einzelne Atome aus energetischen Gründen zu einem festen Material vereinen und die
einzelnen Atome feste Positionen haben, sind die Eigenschaften der einzelnen Elemente
und Verbindungen sehr unterschiedlich. Die elektronischen Eigenschaften wie die Ladungsträgerbeweglichkeit,
die effektive Masse und die charakteristischen Eigenschaften
des Valenz- und Leitungsbandes [9] lassen sich durch die Bandstruktur des Festkörpers
ermitteln. Die Bandstruktur beschreibt die energetische Verteilung der Elektronen im
reziproken Raum, dem sogenannten k-Raum und entspricht dem Wellenvektor des
quantenmechanischen Teilchens. Um die Bandstruktur näher untersuchen zu können,
erweist sich die Photoemissionsspektroskopie als hilfreiches Werkzeug. Diese beruht
auf dem von Einstein beschriebenen äußeren Photoeffekt. Wird ein Elektron im Festkörper
durch ein Photon mit der Energie
Ep = �ω (1.1)
angeregt, so kann es bei ausreichender Energie den Festkörper verlassen und detektiert
werden. Dabei entspricht � dem reduzieren planckschen Wirkungsquantum und ω der
Frequenz des Photons. Betrachtet man nun die Energiebilanz zwischen der Photonenenergie
Ep, der Austrittsarbeit EA, der Bindungsenergie EB und kinetischen Energie
Ekin, so lassen sich Aussagen über die Herkunft des Elektrons machen:
Die Austrittsarbeit ist definiert als:
Ekin = Ep − EA − EB
EA = Evac − EF
(1.2)
(1.3)
wobei EF das Ferminiveau bezeichnet, welches den höchst besetzten Zustand bei der
Temperatur T = 0K beschreibt. Bei den meisten Metallen liegt die Austrittsarbeit
bei 4 − 5 eV [20]. Die Bindungsenergie beschreibt die Energie zwischen Energie des
Elektrons und der Fermienergie. Es wird also eine Strahlung mit einer Energie von mindestens
4 eV benötigt, um ein Elektron über die Vakuum-Energie zu bringen. Jedoch
verfügt das Elektron dann über keine kinetische Energie, um zu einem Detektor zu
gelangen. Unter Berücksichtigung der Dispersion des freien Elektronengases kann man
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