Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung und Durchfhrung hochsensitiver,neuartiger Experimente zur ultraschnellen Dynamik von Wenig-Fermion-Systemen inkondensierter Materie im Nanobereich. Mit diesen Untersuchungen hat man direkten Zugang zuden verschiedenen Kopplungsmechanismen der internen Freiheitsgrade, die stark beeinflusstsind durch die intrinsische Quantennatur der Vielteilchen-Wechselwirkung in diesen Nano-Festkrpern. Die Innovation unseres Ansatzes ist die Erforschung der Quantenantwortdes Materiesystems, welches unterhalb der Interband-bergangsenergie angeregt wird.Diese Anregung ist stark durch Vielteilchen-Quantenkorrelationen beeinflusst. Diemaßgeblichen Wechselwirkungen in diesem speziellen Spektralbereich entstehen durch diestarke Kopplung der elektronischen und Vibrationsfreiheitsgrade. Eine faszinierendeKonsequenz hieraus ist die Mglichkeit, mit Hilfe von Licht Festkrper zu khlen!Vereinfacht beschrieben wird das von außen erzeugte Ungleichgewicht durch Aufbringung vonEnergie in den Gleichgewichtszustand zurckgefhrt. Diese zustzliche Energie muss aus derVernichtung der Besetzung von Phonon-Moden, d.h. Anteilen der quantisiertenGittervibrationen, welche mit der Wrmeenergie des Festkrpers identisch sind, stammen.Wenn die energetisch angehobenen Zustnde berwiegend unter Erzeugung eines Photonszerfallen, wird der Festkrper optisch gekhlt. Verbindet man das Wissen und die Methodenrund um Femstosekunden-Lasersysteme mit den in diesem Antrag dargestellten neuartigenexperimentellen Anstzen, so erhlt man die Mglichkeit, die einzelnen Phasen desLaserkhlungs-Zyklus direkt in der Zeitdomne zu beobachten. Hierdurch erhlt man einmikroskopisches Bild der beteiligten Wechselwirkungen. Das zentrale Ziel dieser Forschung istdas Verstndnis der intrinsischen Vielteilchen-Quantenkorrelationen, welcheAnregungen innerhalb der Bandlcke eines Festkrpers maßgeblich beeinflussen unddie mgliche Nutzung dieser Korrelationen fr praktische Anwendungen.Gewinnt man ein tieferes Verstndnis der dem Laserkhlprozess zugrunde liegendenphysikalischen Prinzipien, so erhlt man wertvolle Einsichten in die fundamentale Natur derProzesse, welche im Weiteren fr die Herstellung von innovativen, hochentwickeltenAnwendungen verwendet werden knnen. Zu nennen sind hier kontaktlose, rein optischeFestkrper-Cryokhlgerte, welche auf das ultimative Volumen von einem Kubikmikrometer(limitiert durch die Wellenlnge des Lichtes) miniaturisiert werden knnen und einenbedeutenden technologischen Sprung darstellen wrden. Mit diesen knntenHochleistungsrechner revolutioniert werden. Durch rumlich gezieltes Khlen der Nano-Schaltkreise bestnde die Mglichkeit, effektiv die Joulsche Wrme abzufhren. Von einemvertieften Verstndnis der ultraschnellen Dynmik der Zustnden nahe der Bandkante einesFestkrpers knnte ebenfalls die Entwicklung von Solartechnologien, von LEDs mit hoherQuantenausbeute, sowie von Niedrig-Spannungs-Transistoren profitieren. Zudem sindvielversprechende Anwendungen in der Medizin denkbar. Zum Beispiel knntenlasergekhlte, supraleitende Quantenintereferez-Detektoren die Geschwindigkeit bildgebenderVerfahren deutlich erhhen. Grundlagenforschung, welche das Potenzial besitzt, dieEntwicklung dieser Technologien voranzutreiben, ist essentiell fr die zunehmendenHerausforderungen im Kommmunikations-, Energie- und Gesundheitsbereich einer modernenGesellschaft.
