Brillouin-Lichtstreuung & Hyperschall-Phononik
Periodische Materialien können nicht nur die Ausbreitung von Licht (Photonik) steuern, sondern auch die Ausbreitung von elastischen (akustischen) Wellen durch die Variation von Dichte und elastischen Konstanten im Raum modifizieren. Die Phononik definiert ein reichhaltiges aufstrebendes Gebiet mit unerforschter fundamentaler und angewandter Forschung durch das Verständnis der Phononen-Materie und der Phononen-Photonen-Wechselwirkungen. Insbesondere die Hyperschall-Phononik (in GHz-Frequenzen) nutzt den Reichtum der weichen Materie (Polymer- und Kolloidwissenschaft) für die Herstellung mesoskopischer Strukturen, die einzigartige Plattformen für die Realisierung starker akusto-optischer Kopplung im Sichtbaren sein können (PhoXonik). Darüber hinaus sind Hochfrequenz-Phononen die Hauptwärmeträger in Dielektrika und ihre Ausbreitung durch strukturierte Materialien kann als empfindliches Charakterisierungswerkzeug für das thermomechanische Verhalten auf der Nanoskala verwendet werden.
Der Fortschritt auf diesem Gebiet hängt von der Entwicklung der Fertigungstechniken für die Strukturierung auf der Mesoskala, von den Berechnungsmethoden der Bandstrukturdiagramme und von geeigneten experimentellen Techniken für deren Aufzeichnung ab. Dieser notwendige integrierte Ansatz wird in unserer Gruppe unter Verwendung unserer hochmodernen BLS-Spektroskopie (spontane Brillouin-Lichtstreuung) und dem Design der strukturierten Materialien in enger Zusammenarbeit mit experimentellen und theoretischen Gruppen in Europa und den USA realisiert.
Ausgewählte aktuelle Forschungsaktivitäten: (i) Realisierung von hypersonischen phononischen Bandlücken unterschiedlichen physikalischen Ursprungs und Erzeugung lokalisierter Moden mit wohldefinierter Polarisation und Gruppengeschwindigkeiten, (ii) Etablierung der Teilchenschwingungsspektroskopie, der kolloidäquivalenten Molekülschwingungsspektroskopie, (iii) Suche nach phoXonischen Strukturen mit starken "Grenz"-Photoelelastizitätskonstanten, um die Wechselwirkung zwischen schnellem (THz) Licht und langsamen (GHz) Phononen zu ermöglichen, (iv) Entwicklung neuer empfindlicher Techniken für richtungsabhängiges thermo-mechanisches Materialverhalten.