Karl-Scheel-Sitzung und Preis 2014

Der Terahertz-Frequenzbereich ist sowohl aus Sicht der Grundlagenforschung als auch für Anwendungen hochgradig interessant. Zum einen haben in Festkörpern viele elementare Anregungen Resonanzen oder Relaxationsraten im Terahertz-Bereich. Beispiele dafür sind Schwingungen des Kristallgitters, Spinwellen und freie Ladungsträger. Andererseits nähern sich in der Datenverarbeitung die Bitraten dem Terahertz-Frequenzbereich beständig an, so etwa in Drahtlosnetzwerken, optischen Glasfasernetzen und Mikroprozessoren. Um Konzepte für die Realisierung noch höherer Bitraten zu entwickeln, ist es daher notwendig, die Dynamik von Festkörpern und Informationsträgern bei Terahertz-Frequenzen zu untersuchen.

In diesem Vortrag werden Beispiele vorgestellt, wie sich mit optischen Methoden und durch Ausnutzen von Materialresonanzen der Zustand von zwei wichtigen Informationsträgern, nämlich Elektronenspins und Lichtimpulsen, bei Terahertz-Frequenzen kontrollieren und auslesen lässt. So kann man mit Hilfe elektromagnetischer Strahlung im Terahertz-Bereich die Präzession von Spins innerhalb von einer Pikosekunde an- und abschalten, andererseits ein "Spin-Amperemeter" zum Messen des Transportes von sehr kurzen Spinpaketen realisieren. Um die Trägerfrequenz (d. h. die Farbe) von Lichtimpulsen mit hoher Effizienz um bis zu 0.3 THz zu erhöhen, wird der Brechungsindex des umgebenden Materials adiabatisch geändert, vergleichbar mit einer schwingenden Gitarrensaite, deren Frequenz durch Erhöhen der Saitenspannung ansteigt. Durch Verallgemeinern dieser Idee lässt sich sogar eine "spektrale Linse" realisieren, die das Spektrum eines Lichtimpulses komprimiert oder auseinanderzieht.