Kurzfassung
Die optische Anregung hat sich als leistungsfähiges Instrument zur Erforschung und Kontrolle der Eigenschaften von Materie erwiesen. Besondere Aufmerksamkeit wurde dabei Quantenmaterialien gewidmet, da sie eine große Vielfalt verschränkter und topologisch nicht-trivialer Phasen aufweisen, die außerordentlich empfindlich auf externe Parameter reagieren. Es hat sich gezeigt, dass durch kohärente Anregung mit ultrakurzen Laserpulsen komplexe transiente Phasen auf Femtosekunden-Zeitskalen induziert werden können, was ein großes Potenzial für Hochgeschwindigkeitstechnologien unter Nutzung von Nicht-Gleichgewichts-Quantenphänomenen darstellt.
Die Nutzung von Nicht-Gleichgewichtsphänomenen in elektronischen Geräten ist ein natürlicher nächster Schritt sowohl für das wissenschaftliche Verständnis als auch für mögliche Anwendungen. Elektronische Geräte ermöglichen die Messung von Eigenschaften unter Strom- und Spannungsvorspannung und bieten eine zuverlässige Plattform für die Interaktion mehrerer Komponenten, was zu komplexeren Funktionen führt. Die Durchführung von Transportexperimenten zu kurzlebigen Nicht-Gleichgewichtsphänomenen erfordert jedoch eine Abkehr von der herkömmlichen Elektronik. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer ultraschnellen optoelektronischen Plattform zur Durchführung von Ladungstransport- und Spannungsmessungen auf Zeitskalen von weniger als einer Pikosekunde.
Jüngste Studien über das alkalidotierte Fullerid K3C60 haben Anzeichen für eine lichtinduzierte supraleitende Phase bei Temperaturen weit oberhalb der kritischen Gleichgewichtstemperatur gezeigt. Bislang wurde dieses Phänomen jedoch hauptsächlich durch seine optischen Eigenschaften im Terahertz-Frequenzbereich charakterisiert. In dieser Arbeit wurde die lichtinduzierte Phase in MBE-gewachsenem K3C60 mittels elektronischem Transport im Sub-Terahertz-Bereich untersucht. Zwei ultraschnelle Transportexperimente wurden an polykristallinen Dünnschichten durchgeführt, die eine endliche Erhöhung der Leitfähigkeit zeigten, die durch ein nichtlineares Strom-Spannungs-Verhalten im angeregten Zustand (Kapitel 5) und eine induktive Spannungsdynamik bei Stromanregung (Kapitel 6) gekennzeichnet ist.
Die in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse ergänzen die wachsende Literatur über ultraschnelle Elektronik. Darüber hinaus zeigen diese Experimente, dass die hier entwickelte ultraschnelle elektronische Plattform ein wertvolles Instrument zur Untersuchung von Nicht-Gleichgewichtsphänomenen ist und den Weg für Hochgeschwindigkeitsanwendungen ebnet.
Optical excitation has emerged as a powerful tool to investigate and control the properties of matter. Particular attention in this regard has been devoted to quantum materials, since they present a rich variety of entangled and topologically non-trivial phases that are extraordinarily sensitive to external parameters. Through coherent excitation with ultrashort laser pulses, it has been shown that complex transient phases can be induced on femtosecond timescales, demonstrating great potential for high-speed technology utilising non-equilibrium quantum phenomena. Harnessing non-equilibrium phenomena in electronic devices is a natural next step for both scientific understanding and potential applications. Electronic devices allow properties to be measured under current and voltage biases, and provide a reliable platform for multiple components to interact, leading to more complex functionalities. However, conducting transport experiments on short-lived non-equilibrium phenomena necessitates a departure from conventional electronics. The first part of this thesis details the development of an ultrafast opto-electronic platform to carry out charge-transport and voltage measurements on timescales shorter than one picosecond. Recent studies on the alkali-doped fulleride K3C60 have demonstrated signatures of a light-induced superconducting-like phase at temperatures far above its equilibrium critical temperature. To date, however, this phenomenon has predominantly been characterised by its optical features in the terahertz frequency range. In this work, the light-induced phase was investigated in MBE-grown K3C60 by means of sub-terahertz electronic transport. Two ultrafast transport experiments were conducted on granular thin films that revealed a finite enhancement in conductivity, characterised by nonlinear current-voltage behaviour in the excited state (Chapter 5) and inductive voltage dynamics upon in-current excitation (Chapter 6). The results presented in this work complement a growing body of literature on ultrafast electronics. Furthermore, these experiments demonstrate the ultrafast electronic platform developed here as a valuable tool for investigating non-equilibrium phenomena, paving the way towards high-speed applications.