FORSCHUNGSBERICHT. Zeitraum Januar 2014 Dezember 2015 PHYSIK

Transkript

1 PHYSIK Redaktion: Dr. Kerstin Krauß Fachbereich Physik Technische Universität Kaiserslautern Postfach Kaiserslautern Internet: FORSCHUNGSBERICHT Zeitraum Januar 2014 Dezember 2015

2 Inhaltsverzeichnis Seite Vorwort 3 Übersicht über die Arbeitsgruppen und ihre Forschungsgebiete 5 Forschungsberichte der Professoren: Prof. Aeschlimann: Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen 7 Prof. Beigang: Ultraschnelle Photonik und THz-Physik 19 Prof. Bergmann: Lasermesstechnik (früher: Experimentelle Quanten- 23 optik und Molekulare Stoßdynamik) Prof. Diller: Biophysik und Kurzzeitspektroskopie 27 Prof. Eggert: Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme 31 Prof. Fleischhauer: Theoretische Quantenoptik 37 Prof. Fouckhardt: Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik 43 Prof. v. Freymann: Optische Technologien und Photonik 48 Prof. Hillebrands: Magnetismus und elastische Eigenschaften 54 geschichteter Strukturen Prof. Hübner: Theorie der kondensierten Materie 66 Prof. Kuhn: Didaktik der Physik 70 Prof. Oesterschulze: Physik und Technik der Nanostrukturen 81 Prof. Ott: Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik 85 Prof. Rethfeld: Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper 89 Prof. Schneider: Theoretische Halbleiteroptik 94 Prof. Schünemann: Biophysik und Medizinische Physik 98 Prof. Urbassek: Computersimulation und Materialwissenschaften 104 Prof. Widera: Quantenphysik mit einzelnen Atomen und 111 Quantengasen Prof. Ziegler: Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik 116 1

3 Forschungsberichte pensionierte/emeritierter Professoren: Prof. Kupsch: Quantenfeldtheorie und Stochastik 124 2

4 Vorwort Internationale Spitzenforschung von den Grundlagen bis zur Anwendung Am Fachbereich Physik der TU Kaiserslautern nimmt die nachhaltige Grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung einen breiten Raum ein. Dazu zählen Forschungsfelder wie Optik, Quantenoptik, Physik der Atome und Moleküle, die Physik der Oberflächen und Nanostrukturen sowie die Material- und Festkörperphysik. Weiterhin gehören die chemische Physik, die Biophysik und insbesondere auch die Didaktik der Physik zu den Forschungsfeldern des Fachbereichs. Im Rahmen dieses Portfolios werden Schlüsselthemen des 21. Jahrhunderts erkundet und neue technische Wege für Industrie und Forschung aufgezeigt. Darunter fallen z.b. die Grundlagenforschung für neuartige energiesparende Spin-basierte Computerkonzepte, die Grundlagenforschung zur Konzeption von Quantencomputern, aber auch angewandte Forschung in Hinblick auf magnetische Sensorik, energieeffizientere Laserkonzepte, auf 3- dimensionale Fotografie, auf sicherheitsrelevante Terahertz-Technologie, sowie die moderne Laser- und Oberflächenphysik für Anwendungen in der Medizin. Hinzu kommen Themen wie das Studium von Energietransferprozessen zwischen Atomen aber auch innerhalb von chemischen und biologischen Systemen. Im Jahr 2013 waren 707 Studierende am Fachbereich Physik eingeschrieben. Forschung und Lehre des Fachbereichs verteilen sich auf 21 Arbeitsgruppen. Die vom Fachbereich Physik angebotenen Studiengänge sind der Bachelorstudiengang Physik, der die Basis für einen konsekutiven Masterstudiengang Physik oder einer anderen mathematischnaturwissenschaftlichen bzw. naturwissenschaftlich-technischen Disziplin bildet, die Diplomstudiengänge Physik und Biophysik sowie der lehramtsbezogene Bachelor/- Masterstudiengang. Zum Wintersemester 2014/2015 ist der Masterstudiengang Physik eingeführt worden, der es den Studierenden auf Grundlage eines Bachelor of Science ermöglicht, die Vertiefungsrichtungen Festkörperphysik/Materialwissenschaften, Atom- Quantenoptik und Photonik sowie Biophysik zu studieren. In Kooperationen mit dem Distance and Independent Studies Center (DISC) werden die Master-Fernstudiengänge Medizinische Physik und englischsprachig Nanotechnology sowie die Zertifikatsstudiengänge Medizinische Physik und Technik und die Nanobiotechnologie angeboten. Mit dem Nano Structuring Center (NSC) der TU steht eine hervorragende Infrastruktur zur Verfügung, um im Bereich Nanotechnologie neue Entwicklungen voranzutreiben. Eine enge Kooperation besteht auch zu dem Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik IFOS. Das Landesforschungszentrum OPTIMAS Optik und Materialwissenschaften, welches in 2008 etabliert wurde, arbeitet erfolgreich. 20 Arbeitsgruppen und das Nano Structuring Center und die Projektgrupe Teratec (Fraunhofer Institut für Physikalische Messtechnik) des Fachbereichs sind beteiligt. 3

5 Mitglieder des Fachbereichs sind in den folgenden Forschungsinitiativen vertreten: DFG-SFB TRR 88: Kooperative Effekte in homo- und heterometallischen Komplexen (3MET), DFG- SFB 926 Bauteiloberflächen: Morphologie auf der Mikroskala, DFG-SFB TRR 49 Condensed Matter Systems with Variable Many-Body Interactions, Frankfurt-K lautern-mainz; Bundesexzellenz-Graduiertenschule MAINZ Material Science in Mainz, Strongly Correlated Quantum Systems: Experiments and Simulation on Molecules, Ultra-cold Quantum Gases, and Materials with Strong Electronic Correlations, Mainz-Kaiserslautern; DFG-Graduiertenkolleg 814 Ingenieurmaterialien auf verschiedenen Skalen: Experiment, Modellierung und Simulation, Maschinenbau/Verfahrenstechnik und Physik Kaiserslautern. Darüber hinaus sind Professoren des Fachbereichs beteiligt an den Landesforschungsschwerpunkten NANOKAT und Membrantransport. Auch in den Jahren 2012 und 2013 hält der Fachbereich das hohe Niveau seiner Forschungsarbeit im Bereich anwendungsorientierter Forschung und Grundlagenforschung: In 2012 wurden Drittmittel in Höhe von 7 Mio eingeworben, in 2013 Drittmittel in Höhe von 6,2 Mio. 4

6 Übersicht über die Arbeitsgruppen und ihre Forschungsgebiete: Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen Experimentalphysik Prof. Dr. Martin Aeschlimann Grundlagen der Quantenphysik Theoretische Physik Prof. Dr. James Anglin Ultraschnelle Photonik und THz-Physik Experimentalphysik Prof. Dr. René Beigang Lasermesstechnik Experimentalphysik Prof. Dr. Klaas Bergmann Biophysik und Kurzzeitspektroskopie Experimentalphysik Prof. Dr. Rolf Diller Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme Theoretische Physik Prof. Dr. Sebastian Eggert Theoretische Quantenoptik Theoretische Physik Prof. Dr. Michael Fleischhauer Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik Experimentalphysik/Technische Physik Prof. Dr. Henning Fouckhardt Optische Technologien und Photonik Experimentalphysik Prof. Dr. Georg von Freymann Magnetismus Experimentalphysik / Technische Physik Prof. Dr. Burkard Hillebrands Didaktik der Physik Didaktik Prof. Dr. Jochen Kuhn 5

7 Theorie der kondensierten Materie Theoretische Physik Prof. Dr. Wolfgang Hübner Theoretische Quantendynamik Theoretische Physik apl. Prof. Dr. Hans-Jürgen Korsch Physik und Technologie der Nanostrukturen Experimentalphysik Prof. Dr. Egbert Oesterschulze Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik Experimentalphysik Prof. Dr. Herwig Ott Ultrakurzzeitphysik laserangeregter Festkörper Angewandte Theoretische Physik Dr. Bärbel Rethfeld Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik Theoretische Physik Prof. Dr. Hans Christian Schneider Biophysik und Medizinische Physik Experimentalphysik Prof. Dr. Volker Schünemann Theorie der stark korrelierten Quantensysteme Theoretische Physik Jun.-Prof. Dr. Jesko Sirker Computersimulation und Materialwissenschaften Technische Physik / Computersimulation Prof. Dr. Herbert M. Urbassek Quantenphysik einzelner Atome und ultrakalter Quantengase Experimentalphysik Prof. Dr. Artur Widera Grenzflächen, Nanomaterialien und Biophysik Technische Physik Prof. Dr. Christiane Ziegler 6

8 AG Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen Experimentalphysik Prof. Dr. Martin Aeschlimann Forschungsgebiete Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten der Arbeitsgruppe steht die Untersuchung von ultraschnellen Prozessen in kondensierter Materie induziert durch Laseranregung. Die untersuchten Systeme umfassen metallische Oberflächen, hybride Grenzflächen, magnetische Materialien sowie Nanostrukturen. Der methodische Schwerpunkt liegt in der zeitaufgelösten Photoelektronenspektroskopie mittels ultrakurzer Laserpulse im sichtbaren und weichen Röntgenbereich. Die derzeitigen Projekte sind: Spin- und zeitaufgelöste Photoemission an Metall-Organik Grenzflächen. Ziel dieses Projektes ist die Bestimmung der Spininjektionseffizienz sowie der relevanten spinabhängigen Relaxationsmechanismen in organischen Halbleitern. Diese Untersuchungen sollen die Frage beantworten, ob organische Moleküle ideale Kandidaten für Anwendungen auf dem Gebiet der Spintronik darstellen. Zeitaufgelöste Photoelektronen-Spektroskopie mit ultrakurzen Röntgenimpulsen. Dieses Projekt befasst sich mit der Erzeugung von ultrakurzen (fs) Laserpulsen im weichen Röntgenbereich (< 100eV). Diese Strahlung ermöglicht zeitaufgelöste Experimente zur Abbildung von chemischen Reaktionen in Echtzeit. Ultraschnelle Nanooptik. Ultraschnelle Nanooptik ist ein neuer Forschungsbereich, der die Nanooptik mit Ultrakurzzeitspektroskopie vereint. Ziel ist es, elektromagnetische Anregungen in metallischen Nanostrukturen zu untersuchen und die resultierenden Nahfelder auf Nanometerlängenskala sowie auf fs-zeitskalen zu kontrollieren. Optisch-induzierte Änderung der Magnetisierung durch ultrakurze Laserpulse. Unser primäres Interesse gilt hierbei der Untersuchung der ultraschnellen Entmagnetisierung in elementaren Ferromagneten durch fs-laserpulse. Als Methoden werden die zeit- und spinaufgelöste Photoemission und der magneto-optischer Kerr-Effekt eingesetzt. Ultraschnelle und element-spezifische Magnetisierungsdynamik in Legierungen und Multilagensystemen. Zur Untersuchung der ultraschnellen Entmagnetisierung von mehrkomponentigen Materialen wird die Magnetooptik mit fs-laserpulsen im extrem ultravioletten Bereich eingesetzt. Durch diese elementspezifische Methode kann der Beitrag jedes Elements zur Entmagnetisierung bestimmt werden. Charakterisierung von neuen Materialien mit hoher Spinpolarisation. In Zusammenarbeit mit Arbeitsgruppen aus Mainz und Japan untersuchen wir Heuslerlegierungen hinsichtlich ihrer Anwendung in Spintronik-Bauteilen. 7

9 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe Wissenschaftliche Gruppenleiter PD Dr. Mirko Cinchetti Jun.-Prof. Dr. Stefan Mathias Jun.-Prof. Dr. Benjamin Stadtmüller Geschäftsstelle OPTIMAS Dr. Isabel Sattler NSC Dr.-Ing. Sandra Wolff Dr. Bert Lägel Dr. Thomas Löber Postdoktoranden Dr. Maniraj Mahalingam Zeiss-Stipendium 04/2014 jetzt Dr. Sakshath Sadashivaiah Zeiss-Stipendium 03/ /2015 Stipendium FB Physik 03/2015 jetzt Dr. Zheng Wei Zeiss Stipendium 02/2015 jetzt Dr. Deirdre Kilbane EU 03/ /2016 Dr. Roman Fetzer DFG 06/2015 jetzt Dr. Sebastian Jakobs DFG 12/2015 jetzt Dr. Jingyi Mao DFG 09/ /2015 Dr. Pascal Melchior DFG 05/ /2014 Dr. Andreas Ruffing DFG 10/ /2014 Dr. Christian Schneider DFG 08/ /2014 Dr. Benjamin Stadtmüller DFG 04/ /2015 Dr. Sabine Steil DFG 01/ /2014 Doktoranden Dipl.-Phys. Moritz Barkowski Stipendium FB Physik 06/ /2015 Stipendium MAINZ 02/2015 jetzt Dipl.-Phys. Ute Bierbrauer Stipendium FB Physik 05/2013 jetzt Dipl.-Phys. Marco Calbucci Stipendium FB Physik 04/2015 jetzt Dipl.-Phys. Steffen Eich Stipendium FB Physik 01/ /2014 DFG 07/2014 jetzt Dipl.-Phys. Sebastian Emmerich Stipendium FB Physik 04/2015 jetzt Dipl.-Phys. Yari Ferrante MAINZ Graduiertenschule 06/ /2015 Dipl.-Phys. Roman Fetzer DFG 06/ /2015 Dipl.-Phys. Cristian González Stipendium FB Physik 03/2011 jetzt Dipl.-Phys. Nicolas Großmann Stipendium FB Physik 05/2011 jetzt Dipl.-Phys. Norman Haag Stipendium FB Physik 08/2012 jetzt Dipl.-Phys. Michael Hartelt Stipendium FB Physik 05/2015 jetzt Dipl.-Phys. Sebastian Jakobs Stipendium FB Physik 11/2010 Stipendium MAINZ 12/ /2014 DFG 12/ /2015 8

10 Dipl.-Phys. Dominik Jungkenn Stipendium FB Physik 03/2015 jetzt Dipl.-Phys. Jobynson Kollamana Stipendium FB Physik 10/ /2014 DFG 06/2014 jetzt Dipl.-Phys. Martin Laux Stipendium FB Physik 08/ /2014 DFG 07/2014 jetzt Dipl.-Phys. Anna-Katharina Mahro Stipendium FB Physik 07/2013 jetzt Dipl.-Phys. Pascal Melchior GRK 08/ /2014 Dipl.-Phys. Martin Piecuch Stipendium FB Physik 09/2011 jetzt Dipl.-Phys. Markus Rollinger Stipendium FB Physik 09/2013 jetzt Dipl.-Phys. Oliver Schmitt Stipendium FB Physik 05/ /2013 DFG 01/ /2015 Dipl.-Phys. Johannes Seidel Stipendium FB Physik 05/2015 jetzt Dipl.-Phys. Sabine Steil Stipendium FB Physik 06/ /2014 Dipl.-Phys. Johannes Stöckl Stipendium FB Physik 04/2015 jetzt M.Sc. Philip Thielen Stipendium FB Physik und MAINZ 12/ /2015 DFG 02/2015 jetzt M.Sc. Beatrix Trapp Stipendium FB Physik 07/ /2015 Dipl.-Phys. Jurij Urbancic Stipendium FB Physik 10/2011 jetzt Diplomanden Moritz Barkowski 05/ /2014 Ali Bouras 05/2015 jetzt Sebastian Emmerich 05/ /2015 Michael Hartelt 05/ /2015 Dominik Jungkenn 03/ /2015 Anatol Jurenkow 08/2015 jetzt Robert Klas 11/ /2015 Henning Landmann 11/2015 jetzt Johannes Seidel 05/ /2015 Martin Stiehl 01/2015 jetzt Johannes Stöckl 03/ /2015 Masteranden Benito Arnoldi Florian Haag 11/2015 jetzt 11/2015 jetzt Technische Mitarbeiter Christian Dautermann, NSC Harry Sept Sekretariat Anna Mihanovic Drittmittelprojekte EU 06/ /2014 HINTS (NMP3-SL ), gemeinsames Projekt mit C. Ziegler, TU Kaiserslautern 9

11 SFB/TRR49 II Teilprojekt B08 07/ /2015 Photoemission spectroscopy and femtosecond dynamics in organic chargetransfer salts probed by time-, angular-resolved and X-ray photoemission SFB/TRR49 II Teilprojekt MGK 07/ /2015 Modul Graduiertenkolleg SFB/TRR 49 SFB/TRR88 3MET Teilprojekt C05 01/ /2019 Spektroskopie und Elektronendynamik von mehrkernigen Lanthanoid und Übergangsmetall-Komplexen MAINZ Graduiertenschule der Exzellenz II 11/ /2017 Exzellenzinitiative des Bundes Materials Science in Mainz DFG Förderkennzeichen CI 157/1-2 06/ /2015 Spin and symmetry electronic properties of spintronics interfaces with Heusler compounds, FOR1464 Advanced spintronic materials and transport phenomena (ASPIMATT) DFG Förderkennzeichen AE 19/18-2 im SPP / /2015 Simultaneous spatial and temporal control of the local excitation of a nanostructure using polarization-shaped laser pulses DFG Förderkennzeichen AE 19/19-2 im SPP / /2015 Koordinierung SPP 1391 Ultrafast Nanooptics DFG Förderkennzeichen AE 19/22-2 im SPP / /2015 Zeitaufgelöste Untersuchung der Propagation von Oberflächenplasmonpolaritonen in nanoskaligen plasmonischen Phasenstrukturen DFG Förderkennzeichen AE 19/ / /2015 Element-spezifische Untersuchung von Femtosekunden Magnetisierungsdynamik Carl-Zeiss-Stiftung Sakshath Sadashivaiah 07/ /2015 Time-resolved studies of the ultrafast dynamical processes in all-optical switching of complex magnetic materials EU Ultrafast magnetic nanoscopy, University College Dublin, begleitend zu Marie Curie EU Fellowship, Deirdre Kilbane Carl-Zeiss-Stiftung Maniraj Mahalingam 10

12 Ultrafast electron dynamics in quasicrystalline materials DAAD Deutsch-Koreanisches Partnerschaftsprogramm ( ) Microscopy at the space-time limit Carl-Zeiss-Stiftung Zheng Wei Ultrafast electron dynamics in metal-organic interfaces investigated with nonlinear photoemission microscopy and scanning tunneling microscopy Stiftung Innovation Rheinland-Pfalz, / / /2015 Spin-, zeit- und impulsaufgelöste Photoemissions-Spektroskopie von deponierten mehrkernigen Lanthanoidkomplexen Kooperationen Prof. Dr. Yasuo Ando (Tohoku University, Sendai, Japan, Forschergruppe 559) Prof. Dr. Michael Bauer (Universität Kiel) Prof. Dr. Tobias Brixner (Universität Würzburg) Dr. Valentin Dediu (Institute for Nanostructured Materials ISMN-Bo, Bologna, Italien) Prof. Dr. Eric Fullerton (University of California, San Diego, USA) Prof. Dr. Y. Gao (University of Rochester, NY, USA) Prof. Dr. Henry Kapteyn (JILA, University of Colorado at Boulder and NIST, USA) Prof. Dr. Bert Koopmans (Eindhoven University of Technology, Niederlande) Prof. Dr. Stéphane Mangin (Université de Lorraine, Nancy, France) Prof. Dr. Frank Meyer zu Heringdorf (Universität Duisburg-Essen) Prof. Dr. Margaret Murnane (JILA, University of Colorado at Boulder and NIST, USA) Dr. F. Nolting (Paul Scherrer Institute, Swiss Light Source, Schweiz) Prof. Dr. Orenstein (Israel) Prof. Dr. W. Pfeiffer (Universität Bielefeld) Prof. Dr. Claus Schneider Forschungszentrum Jülich) Prof. Dr. G. Schönhense (Universität Mainz) Dissertationen Sabine Steil 01/2014 Pascal Melchior 05/2014 Roman Fetzer 04/2015 Sebastian Jakobs 11/2015 Diplomarbeiten 11

13 Moritz Barkowski 03/2014 Johannes Stöckl 03/2015 Dominik Jungkenn 03/2015 Sebastian Emmerich 03/2015 Johannes Seidel 04/2015 Michael Hartelt 04/2015 Staatsexamensarbeiten keine Bachelorarbeiten Physik keine Bachelorarbeiten Lehramt Physik keine Masterarbeiten Physik keine Masterarbeiten Lehramt Physik keine Veröffentlichungen B. Yan, B. Stadtmüller, N. Haag, S. Jakobs, J. Seidel, D. Jungkenn, S. Mathias, M. Cinchetti, M. Aeschlimann and C. Felser, Topological states on the gold surface, Nature Communications 6, (2015) R. Fetzer, M. Aeschlimann and M. Cinchetti, Spin-resolved photoemission spectroscopy of the Heusler compound Co 2MnSi, Book contribution to Heusler Alloys. Properties, Growth, Applications, Springer Series in Materials Science 222, (2015) Pascal Melchior, Deirdre Kilbane, Ernst Jan Vesseur, Albert Polman, and Martin Aeschlimann, Photoelectron imaging of modal interference in plasmonic whispering gallery cavities, Optics Express 23 (25), (2015) Martin Aeschlimann, Tobias Brixner, Dominik Differt, Ulrich Heinzmann, Matthias Hensen, Christian Kramer, Florian Lükermann, Pascal Melchior, Walter Pfeiffer, Martin Piecuch, Christian Schneider, Helmut Stiebig, Christian Strüber und Philip Thielen, Perfect absorption in nanotextured thin films via Anderson-localized photon modes, Nature Photonics 9, (2015) Sebastian Jakobs, Awadhesh Narayan, Benjamin Stadtmüller, A. Droghetti, Ivan Rungger, Yew San Hor, Svetlana Klyatskaya, Dominik Jungkenn, Johannes Stöckl, Martin Laux, Oliver L.A. Monti, Martin Aeschlimann, Robert J. Cava, Mario Ruben, Stefan Mathias, Stefano Sanvito, and Mirko Cinchetti, Controlling the spin-texture of topological insulators by rational design of organic molecules, Nano Lett. 15 (9), (2015) 12

14 Marta Galbiati, Sergio Tatay, Sophie Delprat, Clément Barraud, Vincent Cros, Eric Jacquet, Fernando Coloma, Fadi Choueikani, Edwige Otero, Philippe Ohresser, Norman Haag, Mirko Cinchetti, Martin Aeschlimann, Pierre Seneor, Richard Mattana, Frédéric Petroff, Influence of alkylphosphonic acid grafting on the electronic and magnetic properties of La 2/3Sr 1/3MnO 3 surfaces, Applied Surface Science 353, (2015) Mirko Cinchetti, Spin optics: Between two spins, Nature Nanotechnology 9, (2015) A. Droghetti, I. Rungger, M. Cinchetti, and S. Sanvito, Vibron-assisted spin relaxation at a metal/organic interface, Phys. Rev. B 91, (2015) M. Bauer, A. Marienfeld, and M. Aeschlimann, Hot electron lifetimes in metals probed by timeresolved two-photon photoemission, Progress in Surface Science 90, 319 (2015) J. Y. Mao, L. M. Chen, K. Huang, Y. Ma, J. R. Zhao, D. Z. Li, W. C. Yan, J. L. Ma, M. Aeschlimann, Z. Y. Wei and J. Zhang, Highly collimated monoenergetic target-surface electron acceleration in near-critical-density plasmas, Appl. Phys. Lett. 106, (2015) D. Steil, O. Schmitt, R. Fetzer, T. Kubota, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, S. Rodan, C. Blum, B. Balke, S. Wurmehl, M. Aeschlimann and M. Cinchetti, Impact of local order and stoichiometry on the ultrafast magnetization dynamics of Heusler compounds, J. Phys. D: Appl. Phys. 48, (2015) R. Fetzer, S. Ouardi, Y. Honda, H.-x. Liu, S. Chadov, B. Balke, S. Ueda, M. Suzuki, M. Yamamoto, M. Cinchetti, M. Aeschlimann, G. Fecher, C. Felser and T. Uemura, Spin-resolved low-energy and hard X-ray photoelectron spectroscopy of off-stoichiometric Co 2MnSi Heusler thin films exhibiting a record TMR, J. Phys. D: Appl. Phys. 48, (2015) R. Fetzer, B. Stadtmüller, Y. Ohdaira, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, T. Taira, T. Uemura, M. Yamamoto, M. Aeschlimann, and M. Cinchetti, Probing the electronic and spintronic properties of buried interfaces by extremely low energy photoemission spectroscopy, Scientific Reports 5, 8537; Nature Publishing Group (2015) Dennis Rudolf, Chan La-O-Vorakiat, Marco Battiato, Roman Adam, Patrik Grychtol, Justin M. Shaw, Emrah Turgut, Pablo Maldonado, Stefan Mathias, Hans T. Nembach, Thomas J. Silva, Martin Aeschlimann, Henry C. Kapteyn, Margaret M. Murnane, Peter M. Oppeneer, Claus M. Schneider, Element Selective Investigation of Spin Dynamics in Magnetic Multilayers, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) T. J. Silva, E. Turgut, S. Mathias, C. La-o-vorakiat, P. Grychtol, R. Adam, D. Rudolf, H. T. Nembach, M. Aeschlimann, C. M. Schneider, H. C. Kapteyn, M. M. Murnane, J. M. Shaw, Ultrafast, Element- Specific Magnetization Dynamics of Multi-constituent Magnetic Materials by Use of High- Harmonic Generation, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) A. Hassdenteufel, B. Hebler, C. Schubert, A. Liebig, M. Teich, J. Schmidt, M. Helm, M. Aeschlimann, M. Albrecht, and R. Bratschitsch, Thermally Assisted All-Optical Helicity 13

15 Dependent Switching of Ferrimagnetic Amorphous Fe 100 xtb x Thin Films, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) S. Vollmar, A. Ruffing, S. Jakobs, A. Baral, S. Kaltenborn, M. Cinchetti, M. Aeschlimann, S. Mathias, and H.C. Schneider, Electron Lifetimes in a 2D Electron-Gas with Rashba SO-Coupling: Screening Properties, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) B.Y. Mueller, M. Cinchetti, M. Aeschlimann, H.C. Schneider, and B. Rethfeld, Relaxation Dynamics of Majority and Minority Electrons After Ultrashort Laser Excitation, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) M. Aeschlimann, D. Steil, M. Cinchetti, H.C. Schneider, Electronic Scattering Dynamics and Ultrafast Magnetization Dynamics, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) Ute Bierbrauer, Sabine Alebrand, Michel Hehn, Matthias Gottwald, Daniel Steil, Daniel Lacour, Eric E. Fullerton, Stéphane Mangin, Mirko Cinchetti, Martin Aeschlimann, All-optical switching in CoTb alloys: composition and thickness dependent studies, In: Ultrafast Magnetism I, Springer Proceedings in Physics 159, (2015) S. Jakobs, A. Ruffing, D. Jungkenn, M. Cinchetti, S. Mathias, M. Aeschlimann, Spin structure of Rashba-split electronic states of Bi overlayers on Cu(111), Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 201, (2015) Mirko Cinchetti, Molecular spintronics: Topology communicates, Nature Nanotechnology 9, (2014) K. C. Kuiper, T. Roth, A. J. Schellekens, O. Schmitt, B. Koopmans, M. Cinchetti, and M. Aeschlimann, Spin-orbit enhanced demagnetization rate in Co/Pt-multilayers, Appl. Phys. Lett. 105, (2014) Oliver Schmitt, Daniel Steil, Sabine Alebrand, Fabian Ganss, Michel Hehn, Stéphane Mangin, Manfred Albrecht, Stefan Mathias, Mirko Cinchetti and Martin Aeschlimann, Kerr and Faraday microscope for space- and time-resolved studies, Eur. Phys. J. B 87, 219 (2014) C.-H. Lambert, S. Mangin, B. S. D. Ch. S. Varaprasad, Y. K. Takahashi, M. Hehn, M. Cinchetti, G. Malinowski, K. Hono, Y. Fainman, M. Aeschlimann, E. E. Fullerton, All-optical control of ferromagnetic thin films and nanostructures, Science 345 (6202), 1337 (2014) Philip Kahl, Simone Wall, Christian Witt, Christian Schneider, Daniela Bayer, Alexander Fischer, Pascal Melchior, Michael Horn-von Hoegen, Martin Aeschlimann, and Frank-J. Meyer zu Heringdorf, Normal-Incidence Photoemission Electron Microscopy (NI-PEEM) for Imaging Surface Plasmon Polaritons, Plasmonics 9, 1401 (2014) A. Droghetti, Mirko Cinchetti, and Stefano Sanvito, Electronic structure of metal quinoline molecules from calculations, Phys. Rev. B 89, (2014) 14

16 D. Steil, O. Schmitt, R. Fetzer, T. Kubota, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, A. K. Suszka, O. Idigoras, G. Wolf, B. Hillebrands, A. Berger, M. Aeschlimann and M. Cinchetti, Ultrafast magnetization dynamics in Co-based Heusler compounds with tuned chemical ordering, New. J. Phys. 16, (2014) S. Eich, A. Stange, A.V. Carr, J. Urbancic, T. Popmintchev, M. Wiesenmayer, K. Jansen, A. Ruffing, S. Jakobs, T. Rohwer, S. Hellmann, C. Chen, P. Matyba, L. Kipp, K. Rossnagel, M. Bauer, M.M. Murnane, H.C. Kapteyn, S. Mathias, M. Aeschlimann, Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy with optimized high-harmonic pulses using frequency-doubled Ti:Sapphire lasers, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 195, 231 (2014) Sabine Alebrand, Ute Bierbrauer, Michel Hehn, Matthias Gottwald, Oliver Schmitt, Daniel Steil, Eric E. Fullerton, Stéphane Mangin, Mirko Cinchetti, and Martin Aeschlimann, Subpicosecond magnetization dynamics in TbCo alloys, Phys. Rev. B 89, (2014) Andrea Droghetti, Sabine Steil, Nicolas Großmann, Norman Haag, Hongtao Zhang, Maureen Willis, William P. Gillin, Alan J. Drew, Martin Aeschlimann, Stefano Sanvito, and Mirko Cinchetti, Electronic and magnetic properties of the interface between metal-quinoline molecules and cobalt, Phys. Rev. B 89, (2014) S. Mangin, M. Gottwald, C-H. Lambert, D. Steil, V. Uhlír, L. Pang, M. Hehn, S. Alebrand, M. Cinchetti, G. Malinowski, Y. Fainman, M. Aeschlimann and E. E. Fullerton, Engineered materials for all-optical helicity-dependent magnetic switching, Nature Materials 13, (2014) Eingeladene Vorträge Internationale Konferenzen und Workshops Martin Aeschlimann BESSY II Workshop, Helmholtz-Zentrum Berlin, 2015 ESPMI, Tucson, Arizona, USA, 2015 CECAM Workshop, Lausanne, CH, 2015 CERF15, Rostock, 2015 SPIE San Francisco, USA, 2015 One day conference on Light and Nanomagnetism, Nancy, Frankreich, 2015 SPP7, Jerusalem, Israel, 2015 DESY Research Course 2015, DESY Hamburg, 2015 The 19th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation, Hiroshima, Japan 2015 Nanometa 2015, Seefeld/Tirol, Österreich, 2015 SpinMol 2014, Monte Verita, Ascona, CH,

17 GHHG Workshop, Budapest, Ungarn, 2014 EBSN Workshop, Amsterdam, 2014 Korean Physical Societay (KPS) Meeting, Pohang, Korea, 2014 PCSI 41, Santa Fe, New Mexico, USA, 2014 Mirko Cinchetti 8 th European School on Molecular Nanoscience, Paris, France, 2015 Ultrafast Magnetism Conference, Nijmegen, the Netherlands 2015 Italian National Conference on Condensed Matter Physics, Palermo, Italy 2015 SPIE Optics + Photonics, San Diego, USA 2015 International Conference on Solid State Devices and Materials Tsukuba, Ibaraki, Japan, 2014 Nano and Giga Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy From Materials to Devices to System Architecture, Symposium and Spring School (Tutorial Lectures), Phoenix, Arizona, 2014 Workshop on Magnetoplasmonics, Uppsala University, Uppsala, Sweden, 2014 Stefan Mathias 2nd ELI-ALPS User Workshop in Szeged, Hungary, 2014 Joint Young Investigators Workshop on Ultrafast Dynamics, Leibniz Graduate School Berlin, 2014 Gordon Conference on Ultrafast Phenomena in Cooperative Systems, USA, 2014 Benjamin Stadtmüller Optical Society of America (OSA), Frontiers in Optics, annual meeting, San Jose (invited) 2015 FOCUS PEEM Workshop 2015, (invited) 2015 HZB, Bessy II User meeting 2015, (invited) 2015 Konferenz "AOFA", Kaiserslautern 2014 Konferenz "Spin in organic semiconductors SPINOS", Himeji (Japan),

18 Zheng Wie The International Workshop on Nano Materials, Devices, and Characterization (invited), Changsha, CHINA, 2015 Kolloquien und Seminare Martin Aeschlimann Physikalisches Kolloquium, Bielefeld, 2015 Seminar, SLAC, San Francisco, California, USA, 2015 Kolloquium, Stanford University, San Francisco, California, USA, 2015 Physikalisches Kolloquium, Universität Münster, 2014 POSTECH Physics Colloquium, Pohang, Korea, 2014 Edgar Lüscher Seminar, Klosters, Schweiz, 2014 Ute Bierbrauer Seminar, San Diego, CA, USA, 2014 Seminar, eingeladener Vortrag, MPI Stuttgart, 2014 Mirko Cinchetti Seminar at the Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz Wilhelm und Else Heraeus-Seminar: Functional metalorganics and hybrids, Physikzentrum Bad Honnef, Germany, th Spintronics Seminar & Workshop for Young Scientists, Iwanuma Montana Resort, Japan, 2014 Summer School: Charge and Spin Transport in Non-Metallic Systems and Confined Geometries, Mainz, 2014 IFF-Colloquium, Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden, Institut für Festkörperforschung, Dresden, 2014 Stefan Mathias Seminar, Department of Physics, Göttingen, Germany, 2014 Seminar, Department of Physics, University of Mainz, Mainz, 2014 Seminar, Department of Physics, Jena,

19 Pascal Melchior Physikalisches Kolloquium von Prof. Sönnichsen: "Aktuelle Themen der Nanobiologie", Mainz, 2014 Sakshath Seminar, Max Planck Institute Dresden, 2014 Seminar, Universität Augsburg, 2014 Benjamin Stadtmüller SFB/TR 49 KOLLOQUIUM, JGU Mainz, (invited), 2015 Physikalisches Sonderkolloquium, TU KL (invited), 2015 Seminar, AG Weinelt, FU Berlin, (invited), 2015 Kolloquium, MPI Halle, 2014 Sonstige Konferenzbeiträge der Gruppenmitglieder Vorträge bei DPG Frühjahrstagung, Dresden, Vortrag bei APS Spring Meeting, Denver, Colorado, Vortrag bei AOFA18, IFOS an der TU Kaiserslautern, Vorträge bei MSNOWS, Nancy, Frankreich, Vorträge bei LEEM/PEEM 9 Konferenz, Berlin, Vortrag bei MAINZ Student Seminar, Prag, Vortrag bei MMM Conference, Hawaii, Vortrag bei SFB TR49 Student Seminar, Mainz, Vortrag bei KIDS TALK, TU Kaiserslautern, Vortrag bei Intermag 2014, Dresden, Posterbeiträge bei verschiedenen Konferenzen Vortrag bei Meeting of the American Physical Society, San Antonio, Texas, USA, Vorträge bei WUPCOM, Reit im Winkl, Vorträge bei DPG Frühjahrstagung Berlin, Vortrag bei UNO4, Bad Dürkheim, Vortrag bei USD9, Lake Biwa, Japan, Vortrag bei LEE2015, Schloss Hernstein, Wien, Österreich, Posterbeiträge bei verschiedenen Konferenzen

20 AG Ultraschnelle Photonik und THz Physik Experimentalphysik Prof. Dr. René Beigang Forschungsgebiete Im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten stehen die folgenden Schwerpunkte: Entwicklung und Untersuchung von leistungsstarken Terahertz-Quellen: Ein Schwerpunkt der Untersuchungen liegt auf der Optimierung von photoleitenden Schaltern zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung mit Hilfe von Femtosekundenlasern mit einer Emissionswellenlänge von 1,5 µm. Hierzu wurden unterschiedliche Konzepte realisiert und verglichen. Dazu gehören die direkte Anregung von GaAs-basierten Schaltern über eine Zweiphotonen-Anregung und die Anregung mit frequenzverdoppelter Strahlung. Zusätzlich wurden photoleitende Schalter mit extrem dünnen LT GaAs Schichten auf einem Silizium-Substrat verwendet, um breitbandige Terahertz-Strahlung zu erzeugen. Ein weiterer Ansatz ist die Erzeugung von Terahertz-Strahlung mit Hilfe nichtlinearer optischer Methoden. Dabei werden insbesondere optisch parametrische Prozesse in Lithiumniobat und GaAs genutzt, um durchstimmbare Terahertz-Strahlung im Frequenzbereich zwischen 100 GHz und einigen THz zu erzeugen. Durch neue Phasenanpassungsmethoden konnte die Effizienz der Erzeugung deutlich gesteigert werden. Entwicklung und Untersuchung neuer Ultrakurzpulslaser für die Erzeugung von Terahertz-Strahlung mit Hilfe phtotoleitender Schalter: Ausgehend von einem einmodigen kontinuierlichen Laser bei einer Emissionswellenlänge von 1,5 µm werden Frequenzkämme mit variabler Breite und Frequenzabstand erzeugt. Durch die Kontrolle der Phasenbeziehung der einzelnen Frequenzkomponenten innerhalb des Frequenzkamms können ultrakurze Impulse mit Impulslängen unterhalb von einer Pikosekunde erzeugt werden. Die Repetitionsrate dieser Ultrakurzpulsquelle kann sehr präzise eingestellt und kontrolliert verändert werden. Derartige Laserquellen eignen sich insbesondere für moderne Zeitbereichs-Spektroskopie-Systeme im Terahertz-Bereich. 19

21 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe Doktoranden Dipl.-Phys. Benjamin Reinhard DFG bis 05/2014 Dipl.-Ing. Soufiene Krimi Innovationszentrum 04/ /2015 Stiftung Innovation seit 08/2015 Diplomanden Richard Bartholdt 01/ /2015 Matthias Klos seit 03/2015 Technische Mitarbeiter Jürgen Heiderich bis 12/2014 Sekretariat Ute Rein-Rech Drittmittelprojekte Stiftung Innovation 6/2015 8/2016 Femtosekunden-Faserlaser mit einstellbarer Repetitionsrate (FemtoRep) Kooperationen Prof. Dr. Yuri Avetisyan (Yerewan University, Armenien) Dr. Norbert Palka (Military University of Technology, Warsaw, Polen) Dissertationen Benjamin Reinhard 05/2014 Lokalisierte elektromagnetische Felder an Metalloberflächen für den Terahertz-Spektralbereich Diplomarbeiten Richard Bartholdt 04/2015 Erzeugung und Detektion breitbandiger THz-Strahlung mit photoleitenden Schaltern und nichtlinearen Kristallen Staatsexamensarbeiten keine Bachelorarbeiten Physik keine Bachelorarbeiten Lehramt Physik keine 20

22 Masterarbeiten Physik keine Masterarbeiten Lehramt Physik keine Veröffentlichungen Marko Gerhard, Rene Beigang, Marco Rahm, Comparative Terahertz Study of Rectangular Metal Waveguides With and Without a Ridge,Marko Gerhard, Rene Beigang, Marco Rahm, J. Infrared Milli. Terahz. Waves 36, (2015) Norbert Palka, Soufiene Krimi, Frank Ospald, Danuta Miedzinska, Roman Gieleta, Marcin Malek, Rene Beigang, Precise Determination of Thicknesses of Multilayer Polyethylene Composite Materials by Terahertz Time-Domain Spectroscopy, J Infrared Milli Terahz Waves 36, (2015) M. Gerhard, R. Beigang, and M. Rahm Terahertz Mach-Zehnder interferometer based on a hollow-core metallic ridge waveguide,applied Physics Letters 106, (2015) N. Palka, R. Panowicz, F. Ospald, and R. Beigang, Non-destructive Imaging of Punctures in Polyethylene Composite Armor by THz Time Domain Spectroscopy,J Infrared Milli Terahz Waves 36 (8), (2015) Influence of Substrate Material on Radiation Characteristics of THz Photoconductive Emitters, Jens Klier, Garik Torosyan, Nina Susan Schreiner, Daniel Molter, Frank Ellrich, Wissem Zouaghi, Emilien Peytavit, Jean-François Lampin, René Beigang, Joachim Jonuscheit, and Georg von Freymann, International Journal of Antennas and Propagation 2015, (2015) A. Nieborowsky, B. Weigand, J. Bartschke, R. Beigang, J. A. L'huillier, Fiber Bragg grating based sensors in conventional double clad large mode area fibers,proc. SPIE 9359, Optical Components and Materials XII, 93590T (2015) Edison Cristofani, Fabian Friederich, Sabine Wohnsiedler, Carsten Matheis, Joachim Jonuscheit, Marijke Vandewal, René Beigang, Nondestructive testing potential evaluation of a terahertz frequency-modulated continuous-wave imager for composite materials inspection, Opt. Eng. 53 (3), (2014) René Beigang, Sandra G. Biedron, Slawomir Dyjak, Frank Ellrich, Magnus W. Haakestad, Daniel Hübsch, Tolga Kartaloglu, Ekmel Ozbay, Frank Ospald, Norbert Palka, Uroš Puc, Elżbieta Czerwińska, Asaf B. Sahin, Aleksander Sešek, Janez Trontelj, Andrej Švigelj, Hakan Altan, Arthur D. van Rheenen, Michał Walczakowski, Comparison of terahertz technologies for detection and identification of explosives, Proc. SPIE 9102, Terahertz Physics, Devices, and Systems VIII: Advanced Applications in Industry and Defense, 91020C (2014) F. Ospald, W. Zouaghi, R. Beigang, C. Matheis, J. Jonuscheit, B. Recur, J.-P. Guillet, P. Mounaix, W. Vleugels, P. Venegas Bosom, L. Vega González, I. López, R. Martínez Edo, Y. Sternberg, and M. 21

23 Vandewal Aeronautics composite material inspection with a terahertz time-domain spectroscopy system, SPIE Optical Engineering 53, (2014) Eingeladene Vorträge Internationale Konferenzen und Workshops Konferenz Applied Industrial Optics, AIO, 2014, Seattle, USA Konferenz 51 st International Conference on Microelectronics, Devices and Materials with the Workshop on Terahertz and Microwave Systems, MIDEM, 2015, Bled, Slovenia Konferenz Photonics West: Terahertz, RF, Millimeter, and Submillimeter-Wave Technology and Applications IX, 2015, San Francisco, USA Konferenz Joint Symposium of Microwave/Terahertz Science and Applications 2015 and Teranano 2015, 2015, Okinawa, Japan Kolloquien und Seminare Seminar BASF Ludwigshafen, November 2015 Sonstige Konferenzbeiträge der Gruppenmitglieder 1 Vortrag auf der IRMMW-THz 2014 in Tucson, USA 1 Vortrag auf der International Microwave Symposium in Tampa, USA 1 Vortrag auf der CLEO in San José, USA 1 Vortrag auf der Advanced Applications in Industry and Defense in Baltimore, USA 1 Vortrag auf der German Microwave Conference in Aachen 5 Vorträge auf der IRMMW-THz 2015 in Hongkong, China Sonstiges R. Beigang Topical Editor: IEEE Transactions on Terahertz Science and Technology T-TST Member: International Advisory Committee IAC of IRMMW-THz 2014 in Tucson, Arizona Member: International Advisory Committee IAC of IRMMW-THz 2015 in Hongkong, China Permanent member: International Organizing Committee IOC of IRMMW-THz 1. Vorsitzender des Deutschen Terahertz Zentrums e. V., DTZ 22

24 AG Lasermesstechnik (früher: Experimentelle Quantenoptik + Molekulare Stoßdynamik) Experimentalphysik Prof. Dr. Klaas Bergmann Seniorforschungsprofessor ( ) Forschungsgebiete Das zentrale Arbeitsgebiet hatte sich in den vergangenen Jahren verschoben von AMO- Physik/Quantenoptik hin zu speziellen Fragen der industriellen Lasermesstechnik. Auf der Basis von Lasersystemen mit resonator-interner frequenzverschobener Rückkopplung (FvR-Laser in verschiedener Ausprägung: Faser-Laser, Festkörper-Laser, Halbleiter-Laser) wurden Verfahren für die industrielle Messtechnik zur hochpräzisen oder sehr schnellen Entfernungsmessung entwickelt. Dokumentierte Leistungsparameter sind: Genauigkeit von wenigstens 1 m über Distanzen von einigen Metern (Faserlaser basiertes System) oder (Halbleiterlaser basiertes System) Messrate von etwa 1o 6 Messungen/Sekunde bei einer Genauigkeit von 1 mm bzw. 1o 4 Messungen/Sekunde bei einer Genauigkeit von 50 m, jeweils über Distanzen von einigen 10 m. Diese, vom BMBF geförderten, Projekte wurden im Jahr 2014 abgeschlossen. 23

25 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe Sekretariat Anna Mihanovic Kooperationen Prof. Leonid P. Yatsenko (Inst. of Physics, Nat. Acad. of Sciences of the Ukraine), Thema: Physik der Laser mit Frequenz-verschobener Rückkopplung sowie spezielle Fragen zur Physik des STIRAP-Methode (Stimulated Raman Adiabatic Passage). Dr. Bruce.W. Shore (Livermore/CA, USA) und Prof. Dr. Nikolay V. Vitanov (Universität Sofia, Bulagrien) zu Themen im Umfeld kohärenter Anregungsprozesse (STIRAP) Veröffentlichungen L.P. Yatsenko, B. W. Shore, and K. Bergmann Detrimental consequences of small rapid laser fluctuations on stimulated Raman adiabatic passage, Phys. Rev. A 89, (1 8), (2014) K. Bergmann, N.V. Vitanov, and B. W. Shore, Stimulated Raman adiabatic passage: The status after 25 years (Invited Perspective -article), J. Chem. Phys. 142, (1 20), 2015 Eingeladene Vorträge Internationale Konferenzen und Workshops Coherence and Control: a new concept for high accuracy or high speed laser ranging Tagung: Coherence and quantum control: The legacy of Moshe Shapiro, Vancouver, Canada, A new concept for high accuracy and high speed laser ranging based on a frequency shifted feedback laser for industrial applications (opening lecture), Quanta and Matter: Through Physics to Future Emerging Technologies ( Quantarm-2014 ), Yerevan, Armenia, Stimulated Raman Adiabatic Passage (STIRAP) (tutorial lecture), Quanta and Matter: Through Physics to Future Emerging Technologies ( Quantarm-2014 ), Tsaghkadzor, Armenia, How to write a good proposal (educational lecture), Quanta and Matter: Through Physics to Future Emerging Technologies ( Quantarm-2014 ), Tsaghkadzor, Armenia,

26 High accuracy or high speed laser ranging: a new concept, Control of Quantum Dynamics of Atoms, Molecules and Ensembles by Light Eleventh International Workshop (CAMEL XI), Nesebar, Bulgaria, STIRAP was it found accidentally or planned?, Stimulated Raman Adiabatic Passage in Physics, Chemistry and Technology (The status and future perspective 25 years after the introduction of STIRAP), Kaiserslautern, Germany, Kolloquien und Seminare Department of Physics, Sofia University, Bulgaria, 2014 Combustion Facility, Sandia National Laboratory, Livermore/CA, 2014 Institut für Physik, Universität Heidelberg Laboratoire Matériaux Optiques, Photoniques et Systèmes, Paul Verlaine University, Metz, FR, 2015 Sonstiges Chair des MSC-ITN Physics-Panels (seit 2014) für die jährliche Begutachtung mit Förderentscheidung im Rahmen des Marie-Sklodovska-Curie Programms Innovative Training Networks (EU, Brüssel). Leitung des Gremiums mit 15 Vice-Chairs und ca. 60 Gutachtern, Fördervolumen Mio /Jahr. Mitglied des Leitungsgremiums des EU-Infrastruktur Projektes FOTONIKA-LV an der Lettischen Universität Riga (bis 4/2015) Chair des Internationalen Symposium: Stimulated Raman Adiabatic Passage in Physics, Chemistry and Technology Current Status and Future Directions 25 Years after the Introduction of STIRAP ( Technische Universität Kaiserslautern, Sept , 2015 co-chairs: Nikolay V. Vitanov (Sofia) and Bruce W. Shore (Livermore) 100 Teilnehmer aus 20 Ländern und 4 Kontinenten. 25

27 Mitarbeit bei den am FB Physik zentrierten erfolgreichen Anträgen für - Forschungsgebäude LASE - Sonderforschungsbereich Spin + X 26

28 AG Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie Experimentalphysik Prof. Dr. Rolf Diller Forschungsgebiete Schwerpunkt der Arbeitsgruppe ist die Ultrakurzzeit-Laserspektroskopie von photoinduzierten Prozessen in biologischen Molekülen und entsprechenden Modellsystemen sowie - im Rahmen des SFB/TRR-88 3MET - in Metallkomplexen. Mit Hilfe nichtlinear-optischer Methoden werden Femtosekundenpulse im Bereich des UV (0.25 µm) bis ins mittlere IR (20 µm) erzeugt und ihre Anwendung für transiente Absorptions- und Reflektivitätsspektroskopie weiterentwickelt. Damit besteht der Zugang zur Untersuchung von ultraschnellen Primärprozessen, insbesondere der Dynamik elektronischer und Schwingungsfreiheitsgrade sowie deren Kopplung. Diese Prozesse bilden die Grundlage für die Optimierung der Schaltbarkeit physikalischer oder chemischer Eigenschaften von (Makro-) Molekülen durch geeignete Lichtpulse, z.b. in der Optogenetik oder für Katalyse, Lumineszenz- und magnetische Eigeneschaften. Im Vordergrund stehen folgende Fragestellungen: - Ultraschnelle Dynamik elektronischer und Schwingungs-Freiheitsgrade bei Photoreaktionen in Chromoproteinen und Metallkomplexen. - Schwingungsdynamik und Schwingungsanalyse im elektronisch angeregten Zustand. - Wechselwirkung zwischen reagierendem Chromophor und seiner unmittelbaren (Protein-) Umgebung. Gezielte Modifizierung der Chromophor-Umgebung durch Mutationen oder Ligandenaustausch sowie andere physikalisch-chemische Parameter. - Kohärente Prozesse nach schneller Photoanregung, Wellenpaket-Dynamik. - Molekulare Dynamik auf kurzer Zeitskala, z.b. Solvatation, Energieumverteilung und -Relaxation, Reorientierungsdynamik von Aminosäureseitenketten, Dynamik von Wasserstoffbrückenbindungen, etc. Mit Beginn 2015 trat der SFB/TRR-88 3MET (Cooperative Effects in Homo- ad Heterometallic Complexes ) erfolgreich in seine 2. Förderperiode, sodass im Teilprojekt C4 unsere Zusammenarbeit mit C. Riehn (FB Chemie, fs-zeitauflösende Photofragmentation mit massenspektrometrischer Analyse in der Gasphase) weitergeführt werden können, ebenso die mit anderen Teilprojekten an der TU KL und am KIT/ Karlsruhe. Im neu (2014) angelaufenen Landesforschungsschwerpunkt BioComp ( Complex Data Analysis in Life Sciences and Biotechnology, Sprecher Prof. M. Schroda, FB Biologie) wurde zusammen mit E. Neuhaus (FB Biol.), C. Garth (FB Inf.) und P. Lang/J. Hauth (Fraunhofer Institut ITWM) das neue Projekt Functional Dynamics in Photobiological Systems begonnen. 27

29 Zusammensetzung der Arbeitsgruppe: Doktoranden Dipl. Bio-Phys. Patrick Singer Land 01/ /2015 Dipl. Bio-Phys. Fabian Rupp DFG 01/ /2015 Dipl.-Phys. Florian Bäppler Land 11/ /2015 Diplomanden Tobias Guckeisen 11/ /2015 Benedikt Burgard 09/ /2014 Florian Bäppler 10/ /2014 Florian Liedy 06/ /2015 Daniel Muschol 06/2015 Merten Grupe 03/ /2015 Maximilian Theiss 05/ /2016 Master Melanie Müller 05/ /2014 Technische Mitarbeiter Hans Feurich bis 07/2015 Yannic Wallat 08/ /2016 Sekretariat Ute Rein Rech Drittmittelprojekte SFB/TRR88 Teilprojekt C4 01/ /2018 Ultrafast Molecular Dynamics in Metal Complexes Kooperationen Dr. T. Domratcheva (Max-Planck-Institut f. Med. Forschg., Heidelberg) PD. Dr. T. Lamparter (KIT Karlruhe) PD Dr. G. Hermann (Friedrich-Schiller-Universität, Jena) Prof. Dr. P. Hildebrandt (TU Berlin) Prof. Dr. F. Breher; W. Klopper; S. Bräse (KIT Karlsruhe) Dr. D. Volz (Cynora, Bruchsal) Prof. Dr. L. Pérez-Lustres (Univ. Santiago di Compostela, Spain) Dissertationen keine Diplomarbeiten 28

30 Tobias Guckeisen 08/2015 Benedikt Burgard 09/2014 Florian Bäppler 10/2014 Florian Liedy 04/2015 Staatsexamensarbeiten keine Bachelorarbeiten Physik keine Bachelorarbeiten Lehramt Physik keine Masterarbeiten Physik keine Masterarbeiten Lehramt Physik Melanie Müller 10/2014 Veröffentlichungen Y. Schmitt, K. Chevalier, F. Rupp, M. Becherer, A. Grün, F. Walz, A. Rijs, F. Breher, R. Diller, M. Gerhards, W. Klopper, In-depth exploration of the photophysics of a trinuclear palladium complex, Phys. Chem. Chem. Phys. 16, (2014) D. Imanbaew, Y. Nosenko, C. Kerner, K. Chevalier, F. Rupp, C. Riehn, W.R. Thiel, R. Diller, Excited state dynamics of a Ruthenium(II)-catalyst studied by transient photofragmentation in the gas phase and transient absorption in solution, Chem. Phys. 442, (2014) P. Singer, S. Fey, A.H. Göller, G. Hermann, R. Diller, Femtosecond Dynamics in the Lactim Tautomer of Phycocyanobilin: A Long-Wavelength Absorbing Model Compound for the Phytochrome Chromophore, Chem. Phys. Chem. 15, (2014) D. Imanbaew, Y. Nosenko, K. Chevalier, F. Rupp, C. Kerner, F. Breher, W.R. Thiel, R. Diller, C. Riehn, Excited-state dynamics of catalytically active transition metal complexes studied by transient photofragmentation in gas phase and transient absorption in solution, Proceedings of the XIXth Conference on Ultrafast Phenomena (2014) M. Zimmer, F. Rupp, P. Singer, F. Walz, F. Breher, W. Klopper, R. Diller, M. Gerhards, Time- Resolved IR Spectroscopy of a Trinuclear Palladium Complex in Solution, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, (2015) Eingeladene Vorträge Internationale Konferenzen und Workshops 29

31 DPG Frühjahrstagung, HU Berlin, März, 2014 Bunsentagung, Hamburg, Mai 2014 DFG-Rundgespräch "Photoreceptors", Abtei Frauenwörth, Frauenchiemsee, Okt Spring Symposium BioComp: Complex Data Analysis in Life Sciences and Biotechnology, Münchweiler, April 2014 DPG-Frühjahrstagung Heidelberg, März 2015 SFB-TRR 88 3MET Workshop, Bad Bergzabern Juli 2015 Kolloquien und Seminare Ultrafast processes in metal- and non-metal molecular systems, studied by femtosecond timeresolved spectroscopy, Kolloquium der Physikalischen Chemie, Ruhr-Universität Bochum 21. Nov Summer school Magnetism on a Molecular Scale: Experiment and Theory, Hamburg, 19. Sept Spring Symposium BioComp: Complex Data Analysis in Life Sciences and Biotechnology Kaiserslautern, März 2015 Sonstige Konferenzbeiträge Bunsentmeeting, Ulm, 2014: 1 Poster DPG Frühjahrstagung, HU Berlin, 2014: 3Poster Bunsentagung, Hamburg, 2014: 1 Poster Jahrestagung Deutsche Ges. f. Biophysik, Lübeck, 2014: 1 Poster Koordinations-Chemie Tagung, 2014: 1 Poster DPG Frühjahrstagung, Heidelberg, 2015: 3 Poster Femtochemistry, Hamburg, 2015: 1 Poster Joint Meeting of Dutch and German Biophysical Society, Hünfeld, 2015: 1 Poster Sonstiges R. Diller ist seit November 2009 Mitglied im Scientific Advisory Committee (SAC) der Strahlungsquelle ELBE im Helmholz Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) R. Diller ist Mitglied im Landesforschungsschwerpunkt BioComp (läuft seit 2014) R. Diller ist Mitglied im SFB/Transregio88 3MET 30

32 AG Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme Theoretische Physik Prof. Dr. Sebastian Eggert Forschungsgebiete Im Mittelpunkt der Forschung stehen Elektronensysteme, in denen die Wechselwirkungen so stark sind, dass eine störungstheoretische Behandlung ausgehend von unabhängigen Teilchen auch näherungsweise nicht mehr sinnvoll ist. Anstelle dessen benötigt die theoretische Beschreibung alternative Konzepte in Form von neuen kollektiven Anregungen, welche oftmals die Grundlage für interessante physikalische Phänomene bilden, wie z.b. Supraleitung, Spin- und Ladungstrennung und dem fraktionierten Quanten-Hall-Effekt. Wechselwirkungen spielen eine besonders große Rolle in Systemen mit eingeschränkten Dimensionen, wie z.b. eindimensionalen Quantendrähten, Kohlenstoff-Nanoröhrchen und anderen nanodimensionierten elektronischen Bauteilen. Auch Materialien mit intrinsisch eingeschränkten Dimensionen zeigen interessantes stark korreliertes Verhalten mit dem berühmten Beispiel der Hochtemperatur-Supraleitung in dotierten, quasi-zweidimensionalen Antiferromagneten. Eine vielversprechende experimentelle Erweiterung der letzten Jahre sind auch ultrakalte Atome in optischen Gittern, mit denen eine Vielzahl von idealen Quantensystemen verwirklicht werden können. In diesen Gebieten versuchen wir sowohl wichtige fundamentale als auch experimentell relevante Vorhersagen zu machen, z.b. in Bezug auf elektronische und thermodynamische Eigenschaften in der Gegenwart von Verunreinigungen. Die Philosophie ist dabei, das Vielteilchenverhalten in idealisierten Modellsystemen möglichst genau zu verstehen, um dann sinnvolle Vorhersagen für Anzeichen von kollektivem Verhalten auch in realistischen experimentellen Systemen machen zu können. Dabei ist es vorteilhaft, analytische Rechnungen mit numerischen Quantensimulationen zu kombinieren, um ein möglichst vollständiges Verständnis zu erlangen. Die analytischen Methoden basieren auf effektiven feldtheoretischen Beschreibungen, die bei kleinen Temperaturen und großen Systemen asymptotisch exakt werden. Numerische Methoden wie Quanten Monte Carlo Simulationen und die Dichte Matrix Renormierungs-Gruppe sind dagegen insbesondere bei höheren Temperaturen oder endlichen Systemen sehr genau, so dass sie eine perfekte Ergänzung zu den feldtheoretischen Rechnungen liefern. Die in der Arbeitsgruppe vereinte Erfahrung von Numerik und analytischen Rechnungen erlaubt daher ein tiefgehendes Verständnis der Vielteilchensysteme von verschiedenen Perspektiven. Die Vorschungsvorhaben sind Teil der Bundesgraduiertenschule der Exzellenz MAINZ (MAterial Science IN MainZ), des DFG Sonderforschungsbrereichs Transregio 49 (Condensed Matter Systems with Variable Many-Body Interactions) und des Landesforschungszentrums OPTIMAS (Optical and Material Sciences). 31