Kohärente Wechselwirkungen starker optischer Nahfelder mit freien Elektronen

Das beantragte Projekt befasst sich mit der Abbildung von Starkfeldprozessen in Nanosystemen durch die kohärente Interaktion mit ultrakurzen Elektronenpulsen und deren Manipulation mittels maßgeschneiderter Lichtfelder. Insbesondere werden wir zwei komplementäre Techniken, die in der ersten Förderperiode entwickelt wurden, einsetzen und weiterentwickeln: (i) Quantenkohärente inelastische Streuung von hochenergetischen Elektronenpulsen und Attosekunden-Elektronenpulsfolgen in einem ultraschnellen Transmissionselektronenmikroskop und (ii) optische Streaking-Spektroskopie in der ultraschnellen Punktprojektionsmikroskopie. Beide Techniken kombinieren nanoskalige räumliche Auflösung mit einer zeitlichen Auflösung unterhalb des optischen Zyklus, welches den Zugang zur Abbildung lokaler Dynamiken und kohärenter Transportphänomene in stark inhomogenen Quantensystemen ermöglicht. Dabei werden wir uns im Besonderen auf die lichtgetriebene Dynamik in ausgewählten nanostrukturierten Festkörpersystemen konzentrieren, darunter plasmonische Systeme, Stickstoff-Fehlstellen-Zentren und Plasmon-Exziton-Hybridsysteme. Basierend auf diesen Modellsystemen wollen wir eine universelle Experimentierplattform für die Untersuchung der ultraschnellen Dynamik in hoch angeregten Nanosystemen etablieren.