Aufbau und Charakterisierung einer Experimentierstation zur Messung Terahertz-getriebener Prozesse mittels Photoemissionspektroskopie

Abstract

Ziel des Tera-EXPOSE-Projekts war die Einrichtung einer neuen permanenten Experimentierstation für zeitaufgelöste Terahertz (THz) Pump - Photoemissions Probe Spektroskopie an der weltweit einzigartigen beschleunigerbasierten THz-Quelle TELBE am Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR). Dies umfasste die Entwicklung und den Aufbau einer neuartigen, technisch herausfordernden Kombination von Hochfeld-THz-Anregung mit zeit- und winkelaufgelöster Femtosekunden-Photoelektronenspektroskopie (tr-ARPES). Diese Kombination besitzt das Potential für bahnbrechende Experimente zu THz-induzierten Phänomenen an Oberflächen und Molekül-Festkörper-Grenzflächen, die ein breites Spektrum wissenschaftlicher Herausforderungen abdecken. Im Rahmen des Tera-EXPOSE-Projektes wurden alle wesentlichen Komponenten des experimentellen Aufbaus beschafft und getestet bzw. charakterisiert. Dazu gehören die Erzeugung und der Transport von XUV-Strahlung, die Erzeugung intensiver THz-Strahlung mittels optischer Methoden, nichtlineare Pulskompression eines Yb:YAG Lasersystems, die Inbetriebnahme einer Synchronisationseinheit, die Inbetriebnahme des Photoemissionsspektrometers und erste statische Photoemissionsmessungen. Gleichzeitig wurde relevantes technisches Wissen generiert, um die zeitaufgelöste Photoemissionspektroskopie am HZDR langfristig zu etablieren und Nutzern zugänglich zu machen. Die finale Integration der einzelnen Komponenten und die Verfügbarmachung für externe Nutzer konnte jedoch nicht erreicht werden, genauso wie die Integration der TELBE THz-Quelle. Neben der hohen Komplexität des Aufbaus und der daraus resultierenden technischen Probleme war ein dauerhafter Ausfall des Lasersystems über das letzte Jahr der Projektlaufzeit der Hauptgrund hierfür. Wegen seiner hohen strategischen Relevanz für die Forschung am HZDR wird der Aufbau und die Finalisierung der Experimentierstation aktuell weitergeführt.