09 Sep. Elektronik der Zukunft maßgeschneidert mittels Licht
Graphen ist nur eine Atomlage dick, aber extrem leitfähig und stabil. Es kommt deshalb in vielen Bereichen zum Einsatz, etwa in flexiblen Displays, hochempfindlichen Sensoren, leistungsstarken Batterien und effizienten Solarzellen. Eine neue Studie hebt das Potenzial nun auf ein neues Level: Zum ersten Mal haben Forschende an der Universität Göttingen gemeinsam mit Kollegen aus Braunschweig, Bremen und der Schweiz nach eigenen Angaben direkt beobachtet, wie in Graphen sogenannte Floquet-Effekte entstehen. Das belegt, was bislang nach Angaben der Forschenden umstritten war: Floquet-Engineering – eine Methode, bei der die Eigenschaften eines Materials durch Lichtpulse gezielt verändert werden – funktioniert auch in metallischen und halbmetallischen Quantenmaterialien wie Graphen.
Nachweis mit einem Femtosekundenlaser
Um Floquet-Zustände in Graphen experimentell zu untersuchen, nutzten die Forschenden Femtosekunden-Impulsmikroskopie. Dabei werden die Proben zunächst mit schnellen Lichtblitzen angeregt und dann mit einem verzögerten Lichtpuls untersucht, um dynamische Prozesse im Material zu verfolgen. „Unsere Messungen beweisen eindeutig, dass sogenannte Floquet-Seitenbänder im Fotoemissionsspektrum von Graphen auftreten“, erklärt Dr. Marco Merboldt, Physiker an der Universität Göttingen. „Damit sei klar, so Merboldt, dass Floquet-Engineering tatsächlich in diesen Systemen funktioniert – und das Potenzial sei riesig. Das bringt die Forschung dem Ziel näher, Quantenmaterialien mit definierten Eigenschaften gezielt zu beeinflussen – und das mit Laserpulsen in extrem kurzer Zeit.
Maßgeschneiderte Materialien
Materialien auf diese Weise für bestimmte Anwendungen maßzuschneidern, kann die Grundlage für die Elektronik, Computertechnik oder Sensorik der Zukunft bilden. Professor Dr. Marcel Reutzel, der die Untersuchung in Göttingen zusammen mit Professor Dr. Stefan Mathias geleitet hat, sagt: „Unsere Ergebnisse eröffnen neue Wege, elektronische Zustände in Quantenmaterialien mit Licht zu steuern. Das kann zu Technologien führen, bei denen Elektronen gezielt und kontrolliert manipuliert werden.“ Reutzel ergänzt: „Besonders spannend ist, dass wir so auch topologische Eigenschaften untersuchen können. Das sind spezielle, sehr stabile Eigenschaften, die für robuste Quantencomputer oder neue Sensoren wichtig sein könnten.“
Originalveröffentlichung:
[Marco Merboldt et al.: Observation of Floquet states in graphene; Nature Physics, 2025, DOI: 10.1038/s41567-025-02889-7]
Quelle: www.uni-goettingen.de
Bild: künstlerische Darstellung der Floquet-Zustände von der Physikerin und Künstlerin Lina Segerer. linasegerer.de