Forschung

Wir verwenden Röntgenstrahlen von Synchrotronstrahlungsquellen und Röntgenlasern, um die Struktur und Dynamik kondensierter Materie zu untersuchen. Die enorme Brillanz dieser Quellen, zusammen mit ihrer wohldefinierten Polarisation und zeitlichen Struktur, ermöglicht den Zugang zu bisher unerforschten Bereichen des Nanokosmos mit bisher unerreichter räumlich-zeitlicher Auflösung. Beispiele sind Wachstumsprozesse von dünnen Filmen und Nanostrukturen, die Bildung magnetischer Ordnung beim selbstorganisierten Wachstum ultradünner Schichten auf nanostrukturierten Templates, die Kopplung magnetischer Metalle durch nativ gebildete Oxidschichten etc. Als sehr empfindliche Sonden für die Untersuchung der inneren Elektronik und Struktur von Materialien setzen wir insbesondere die Innenschalen-Elektronenresonanz sowie die ultraschmale Kernresonanz von Mössbauer-Isotopen ein.

Darüber hinaus sind die Kernresonanzen von Mössbauer-Kernen aufgrund ihrer extrem kleinen Energiebandbreite ideale Sonden zur Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften der kollektiven Licht-Materie-Wechselwirkung. Ein Beispiel ist die kollektive Version der Lamb-Verschiebung, die wir beobachten konnten, indem wir ultradünne, nur wenige Nanometer dicke Schichten von 57Fe-Mössbauer Kernen in einen Röntgenresonator eingebettet haben. Solche planaren Resonatoren ermöglichen eine sehr genaue Kontrolle der Licht-Materie-Wechselwirkung und ermöglichen die Übertragung von Schlüsselphänomenen der Quantenoptik in den Bereich der harten Röntgenstrahlung. Beispiele sind die elektromagnetisch induzierte Transparenz, spontan erzeugte Kohärenzen, spektrale Kontrolle von Innenschalenresonanzen und viele andere. Diese Studien, zum Teil ermöglicht durch hochreine Röntgenpolarimetrie, eröffnen grundlegend neue Anwendungen im Bereich der nichtlinearen Röntgenoptik heutiger und zukünftiger Röntgenlaserquellen.