Forschungsbericht 2010 - 2011 - Fachbereich Physik der Universität ...

AG Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper
Angewandte Theoretische Physik
Dr. Bärbel Rethfeld
Forschungsgebiete
Die Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit grundlegenden Fragen, die bei der Laser- oder
auch Ionenstrahlanregung von Festkörpern auf Zeitskalen vom Femto- bis in den
Nanosekundenbereich eine wesentliche Rolle spielen. Diese Fragen sind zum einen
durch konkrete technische oder medizinische Anwendungen motiviert, wie
beispielsweise Nanostrukturierung von Oberflächen mit ultrakurzen Laserpulsen oder
Tumortherapie mittels Ionenstrahlen. Zum anderen ist es von grundlegendem Interesse,
ob Modelle und Gleichungen, die für kleine Störungen vom thermodynamischen
Gleichgewicht entwickelt wurden auch im Ultrakurzzeitbereich unter transienten, stark
gestörten Situationen anwendbar sind.
Ziel der Forschung ist ein Verständnis der Nichtgleichgewichtsdynamik der angeregten
Elektronen im Material, der Dissipation der eingebrachten Energie und der dadurch
induzierten strukturellen Dynamik des Festkörpers.
Die verschiedenen konkreten Fragestellungen unserer Arbeiten sind zur Zeit:
� Untersuchung der Elektronendynamik in laserangeregten Metallen.
Einfluss von Nichtgleichgewichtsverteilungen auf makroskopische Beschreibungen
der Elektronenemission und Wärmeleitung
� Modellbildung der Anregung von Dielektrika und Halbleitern mit hochintensiven
ultrakurzen Laserpulsen.
� Einfluss von Ionisations- und Rekombinationsprozessen im Material, mikroskopische
Beschreibung des dielektrischen Durchbruchs, Pulsform-Effekte
� Einfluss phononischen Nichtgleichgewichts auf die Energiedissipation nach
Laseranregung
� Beschreibung der Anregung von Materie mit VUV und XUV Laserstrahlung
� Ultraschnelle Magnetisierungsdynamik in Ferromagneten; Einfluss des thermischen
Nichtgleichgewichts im Elektronengas
� Energiedissipation und Materialmodifikationen nach Anregung mit schnellen Ionen
� Atomistische Modellierung angeregter Festkörper, Simulation laserangeregter Nanostrukturen.
Das Ziel der Arbeiten ist ein Verständnis des Zusammenspiels der verschiedenen
Prozesse bei der Wechselwirkung von Festkörpern mit hochintensiven Laserpulsen von
der anfänglichen Anregung bis zu eventuell lange nach Ende der Bestrahlung
erfolgenden strukturellen Änderungen in Abhängigkeit von Laserparametern und
Materialeigenschaften.
An dieser Schnittstelle zwischen Grundlagenphysik und technischer Anwendung gilt es
insbesondere, universelle Verhaltensweisen aufzuzeigen und den Einfluss von
Besonderheiten bestimmter Materialien zu isolieren. Es stehen qualitative Aussagen im
Vordergrund, die ein Verständnis des grundsätzlichen Einflusses bestimmter Merkmale
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