DORTMUND / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forscherteam hat einen bedeutenden Fortschritt in der Erzeugung von Hyperschallwellen durch optische Methoden erzielt. Diese Entdeckung könnte die Entwicklung neuer optoakustischer Geräte revolutionieren und bietet vielversprechende Anwendungen in der Elektronik und Biomedizin.
Ein internationales Forscherteam der Technischen Universität Dortmund, der Universität Würzburg und der Le Mans Université in Frankreich hat einen bedeutenden Fortschritt in der Erzeugung von Hyperschallwellen durch optische Methoden erzielt. Diese Entdeckung, die in der renommierten Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, dass ultrakurze Lichtpulse in Metall-Halogenid-Perowskiten Scherwellen mit außergewöhnlich großer Amplitude erzeugen können. Diese Materialien, die bisher vor allem für die Solarenergieerzeugung von Interesse waren, eröffnen nun neue Möglichkeiten für die Entwicklung optoakustischer Geräte.
Die Erzeugung von Scherwellen in Kristallen bietet ein neues Werkzeug, um die innere Struktur und Dynamik von Materialien zu erforschen. Im Gegensatz zu den herkömmlichen longitudinalen Schallwellen, die sich als Molekülschwingungen durch die Luft ausbreiten, verschieben sich bei Scherwellen die Atome seitlich. Diese Vektornatur erlaubt die Kontrolle der Polarisation und die Erzeugung chiraler akustischer Wellen, die sich mit den magnetischen Freiheitsgraden in Materialien koppeln können. Diese Eigenschaften machen Scherwellen besonders interessant für Anwendungen in der akustischen Bildgebung und bei Messungen auf der Nanoskala.
Die Forscher untersuchten die Verwendung eines bleifreien Doppelperowskit-Halbleitermaterials, Cs₂BiAgBr₆, für die ultraschnelle Akustik. Dieses Material wurde aufgrund seiner herausragenden optischen und strukturellen Eigenschaften ausgewählt. Perowskite sind bekannt für ihre exzellenten optischen Eigenschaften und haben großes Interesse im Bereich der Photovoltaik geweckt. Besonders anorganische und bleifreie Doppelperowskite gelten als attraktive Materialplattform, da sie ungiftig und stabil sind.
Die Experimente zeigten, dass starke Scher-Hyperschallwellen nur dann auftreten, wenn sich der Kristall in seiner tetragonalen Phase befindet. In dieser Phase führt die optische Anregung zu einer anisotropen Ausdehnung der Atome, die nicht thermischer Natur ist, sondern durch den gerichteten Druck der durch den Laserpuls erzeugten Ladungsträger entsteht. Diese Ergebnisse stellen einen bedeutenden Schritt hin zu einer präzisen Kontrolle optisch erzeugter Hyperschallwellen dar und ebnen den Weg für zukünftige perowskitbasierte optoakustische Bauelemente im Sub-THz-Bereich.
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