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2018-09-07Dissertation DOI: 10.18452/19400
Verschiebestrom induzierte Deformationswellen in LiNbO3 gemessen mittels Schrotrausch-limitierter Femtosekunden-Röntgenbeugung
dc.contributor.authorHoltz, Marcel
dc.date.accessioned2018-09-07T08:06:47Z
dc.date.available2018-09-07T08:06:47Z
dc.date.issued2018-09-07
dc.identifier.urihttp://edoc.hu-berlin.de/18452/20166
dc.description.abstractIm Rahmen dieser Dissertation wird die Kopplung von einer ultraschnellen optischen Interband-Anregung und der Erzeugung von akustischen Phononen im ferroelektrischen Prototyp-Material Lithiumniobat (LiNbO3) studiert. Unter Verwendung der Anrege-Abfrage-Technik wird LiNbO3 mit ultrakurzen optischen Lichtimpulsen angeregt und die Antwort des LiNbO3-Kristallgitters mit harten Femtosekunden-Röntgenimpulsen abgefragt. Zur Erzeugung der ultrakurzen Röntgenimpulse (100 fs) wird eine kompakte, lasergetriebene Femtosekunden-Röntgenquelle mit einer 1 kHz Repetitionsrate genutzt. Die Stärke und die zeitliche Evolution der beobachteten integralen Röntgen-Reflektivität ausgewählter Bragg-Reflexionen ist charakteristisch für die Propagation von starken akustischen Deformationswellen in einem homogen angeregten Einkristall. Überraschenderweise weisen sowohl die Polarisation als auch die Propagationsgeschwindigkeit der aktivierten Phononmoden eine hohe Anisotropie in Abhängigkeit der Ausrichtung der ferroelektrischen Achse relativ zur Polarisation der optischen Anrege-Impulse auf. Die bekannten Kopplungsmechanismen, wie das elektronische Deformationspotential oder die anharmonische Phonon-Phonon-Wechselwirkung, sind zur Erklärung der akustischen Deformationswellen mit der beobachteten Amplitude und der hohen Anisotropie ungeeignet. Stattdessen konnte gezeigt werden, dass die impulsive mechanische Spannung über den piezoelektrischen Effekt erzeugt wird. Die dafür notwendige makroskopische elektrische Polarisation resultiert aus einem photoinduzierten Verschiebestrom, welcher die Folge der optischen Interband-Anregung mittels Zwei-Photonen-Absorption ist. Diese optisch-elektrisch-mechanische Kopplung zwischen dem nichtlinearen Leitfähigkeitstensor fünfter Ordnung, dem piezoelektrischen Tensor und den relevanten Phononmoden ermöglicht eine vollkommene Beschreibung der experimentellen Beobachtungen.ger
dc.description.abstractThe coupling between an ultrafast optical interband excitation and the generation of acoustic phonons in the ferroelectric prototype material lithium niobate (LiNbO3) is studied. Employing the pump-probe technique, LiNbO3 is excited optically with ultrashort light pulses while the impact on the crystal lattice is probed by femtosecond hard x-ray pulses. A compact, laser-driven femtosecond x-ray source with a 1-kHz repetition rate provides 100-fs pulses for time-resolved experiments. With this experimental arrangement, the response of the LiNbO3 crystal lattice to a nonlinear optical excitation can be investigated. The strength and temporal evolution of the observed integrated x-ray reflectivity of selected Bragg reflections are consistent with the propagation of a strong acoustic strain wave in a homogeneously excited single crystal. Surprisingly, both the polarization of the activated phonon modes and the propagation velocity show a high anisotropy as a function of the ferroelectric axis orientation relative to the polarization of the optical excitation pulses. The previously known coupling mechanisms, such as the electronic deformation potential or the anharmonic phonon-phonon interaction, are insufficient to explain the observed deformation amplitude and high anisotropy of the acoustic strain waves. Instead, it is shown that the impulsive mechanical stress is generated via the piezoelectric effect. The required macroscopic electrical polarization is a result of a photoinduced shift current, which in turn is generated by the optical interband excitation via two-photon absorption. This optical-electrical-mechanical coupling between the fifth-order nonlinear conductivity tensor, the piezoelectric tensor, and the relevant phonon modes fully describe the experimental observations.eng
dc.language.isoger
dc.publisherHumboldt-Universität zu Berlin
dc.rights(CC BY-NC 3.0 DE) Namensnennung - Nicht kommerziell 3.0 Deutschlandger
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/de/
dc.subjectFemtosekunden Röntgenbeugungger
dc.subjectVerschiebestromger
dc.subjectDeformationswellenger
dc.subjectLithiumniobatger
dc.subjectAkustische Phononenger
dc.subjectSchrotrauschenger
dc.subjectfemtosecond x-ray diffractioneng
dc.subjectshift currenteng
dc.subjectstrain waveseng
dc.subjectlithium niobateeng
dc.subjectacoustic phononseng
dc.subjectshot noise limiteng
dc.subject.ddc530 Physik
dc.titleVerschiebestrom induzierte Deformationswellen in LiNbO3 gemessen mittels Schrotrausch-limitierter Femtosekunden-Röntgenbeugung
dc.typedoctoralThesis
dc.identifier.urnurn:nbn:de:kobv:11-110-18452/20166-5
dc.identifier.doihttp://dx.doi.org/10.18452/19400
dc.date.accepted2018-06-12
dc.contributor.refereeElsässer, Thomas
dc.contributor.refereeBenson, Oliver
dc.contributor.refereeBargheer, Matias
dc.subject.rvkUH 5618
local.edoc.pages201
local.edoc.type-nameDissertation
bua.departmentMathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät

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