Messung nichtlinearer Dynamiken in stark getriebenen Quantenmaterialien

The possibility to enhance desirable functional properties of correlated materials through optical excitation with intense mid-infrared pulses motivated a series of studies of their nonlinear terahertz physics. These mid-infrared light pulses are used to resonantly excite infrared-active vibrations, so that the energy of the light pulses is directly transferred into the lattice vibration. This allows for the accurate tracing of the energy flow to other nonlinearly coupled excitations of correlated materials and ultimately better understanding of their competing ground states. The balance among different low energy states, with different macroscopic properties, can be tipped by minute changes of the electron-electron interactions which in turn are sensitive to changes of the atomic arrangement. This was demonstrated in a set of experiments where the strong-field resonant excitation of the crystal lattice was observed to entail the emergence of hidden states of matter. These states are inaccessible under equilibrium conditions and show fascinating phenomena such as light-induced superconductivity and ferroelectricity, insulator-metal transitions and melting of electronic and magnetic order. To reveal these hidden states new nonlinear optical tools are required. The aim of this work is therefore to extend the well-established equilibrium technique of second harmonic generation (SHG), which is sensitive to dynamics invisible to a linear optical probing, to ultra-fast pump-probe experiment. This technique will be used to investigate how nonlinear lattice dynamics can couple to macroscopic material properties and how this can be used to manipulate them. In many correlated materials their macroscopic properties are determined by frozen in lattice distortions. The direct control of the crystal lattice therefore would allow for the ultra-fast manipulation of these properties. First experiments achieved this type of control through non-linear coupling between a resonantly driven infrared active mode and the lattice distortion that is responsible for the macroscopic material properties. We used this pathway to transiently reverse the polarization state of the ferroelectric LiNbO3 and studied the ensuing dynamics with SHG, which solely is sensitive to the microscopic polarization state. The amplitude and phase sensitive detection of the lattice dynamics revealed a transient reversal of the polarization state and allowed us to reconstruct the lattice potential energy. In high-Tc cuprates, the large amplitude excitation of the apical oxygen lattice vibration has been shown to induce transient features in the reflectivity suggestive of non-equilibrium superconductivity. Yet, notwithstanding intense research efforts a microscopic mechanism for these observations is still lacking. To address this problem, we measured time- and scattering-angle-dependent second-harmonic generation in YBa2Cu3O6+δ after exciting the apical oxygen vibration that transiently induces a superconductor-like terahertz reflectivity. Made possible by the tr-SHG technique, we observed a four-order-of-magnitude amplification of a 2.5-THz electronic mode, which displays a unique symmetry, momentum, and temperature dependence. We developed a theory involving parametric three-wave amplification of Josephson plasmons, which explains all these observations and provides a mechanism for non-equilibrium superconductivity.Die Möglichkeit, durch optische Anregung mit intensiven Laserpulsen im mittleren Infrarot die funktionellen Eigenschaften korrelierter Materialien zu manipulieren, motivierte die Untersuchung ihrer nichtlinearen Terahertz-Physik. In jenen Studien wurde - unter Umgehung elektronischer Anregungen - direkt Energie durch resonante Anregung infrarot-aktiver Schwingungen auf die Gitterschwingungen übertragen. So kann der Energiefluss in andere, nichtlinear gekoppelte fundamentale Anregungen der korrelierten Materialien genauestens verfolgt werden um damit letztlich ein tieferes Verständnis der konkurrierenden Grundzustände dieser Materialklasse zu gewinnen. Schon kleinste Änderungen der Elektron-Elektron-Wechselwirkung, die sehr empfindlich von der Konfiguration des Kristallgitters abhängen, rufen übergänge zwischen den verschiedenen niederenergetischen Zuständen hervor und erzwingen makroskopische Phasenübergänge. Dies konnte in einer Reihe von Experimenten demonstriert werden, bei denen die direkte, resonante Anregung des Kristallgitters das Material in einen verborgenen Zustand beförderte, der im Gleichgewicht nicht erreichbar ist. Diese verborgenen Zustände zeigen faszinierende Eigenschaften, wie lichtinduzierte Supraleitung und Ferroelektrizität, Isolator-Metall-Übergänge und das Schmelzen elektronischer und magnetischer Ordnung. Da viele dieser verborgenen Zustände jedoch auch konventionellen linearen optischen Sonden unzugänglich sind, sind neue nichtlineare optische Werkzeuge erforderlich, um sie sichtbar zu machen. Daher ist es Ziel dieser Arbeit, die bereits etablierte Gleichgewichtstechnik der Generation der zweiten Harmonischen (SHG) eines Laserpulses auf ultraschnelle Anrege-Abfrage-Experimente zu erweitern. Mit dieser Technik soll untersucht werden, wie nichtlineare Gitterdynamik an makroskopische Materialeigenschaften koppelt und wie diese dadurch modifiziert werden können. Die makroskopischen Eigenschaften vieler korrelierter Materialien sind durch eingefrorene Gitterverzerrungen bestimmt und die direkte Kontrolle des Kristallgitters erlaubt damit die ultra-schnelle Manipulation der mit dieser Gitterverzerrung verbundenen Eigenschaften. Frühere Experimente konnten die Kontrolle des Kristallgitters durch nichtlineare Kopplung bereits demonstrieren und zeigten, dass Kopplung zwischen der resonant angetriebenen infrarotaktiven Mode und der Gitterverzerrung, die für die makroskopischen Materialeigenschaften verantwortlich ist, die kohärente Kontrolle dieser erlaubt. Dies nutzten wir, um den Polarisationszustand des Ferroelektrikums LiNbO3 transient umzukehren, und untersuchten die sich daraus ergebende Dynamik mit SHG, die alleinig empfindlich auf den mikroskopischen Polarisationszustand ist. Die amplituden- und phasenempfindliche Detektion der Gitterdynamik zeigte eine transiente Umkehrung des Polarisationszustandes und erlaubte, die potentielle Energie des Gitters zu rekonstruieren. Vergleichbare Experimente in Hochtemperatur-Kuprat-Supraleitern wie YBa2Cu3O6+δ zeigten, dass die Anregung der apikalen Sauerstoffgitterschwingung transiente Merkmale in der Reflektivität bewirken, die auf induzierte Nicht-Gleichgewichts-Supraleitung hindeuten. Trotz intensiver Forschungsbemühungen fehlt jedoch bisher ein mikroskopischer Mechanismus, der diese Beobachtungen erklärt. Wir nutzten dieselbe Anregung, die transient eine supraleiterähnliche Terahertz-Reflektivität induziert, und messen die zeit- und streuwinkelabhängige Generation der zweiten Harmonischen in YBa2Cu3O6+δ. Ermöglicht durch die tr-SHG-Methode, beobachten wir eine Verstärkung einer elektronischen 2.5-THz-Mode, die eine einzigartige Symmetrie-, Impuls-und Temperaturabhängigkeit aufweist, um vier Größenordnungen. Diese Beobachtungen motivierten eine Theorie der parametrischen Drei-Wellen-Verstärkung von Josephson-Plasmonen, die eine Erklärung für die Nicht-Gleichgewichts-Supraleitung liefert

Ultrafast Electron Diffraction at Surfaces:From Nanoscale Heat Transport to Driven Phase Transitions

Many fundamental processes of structural changes at surfaces occur on a pico- or femtosecond time scale. In order to study such ultra-fast processes, we have combined modern surface science techniques with fs-laser pulses in a pump-probe scheme. Reflection high energy electron diffraction (RHEED) with grazing incident electrons ensures surface sensitivity for the probing electron pulses. Utilizing the Debye-Waller effect, we studied the nanoscale heat transport from an ultrathin film through a hetero-interface or the damping of vibrational excitations in monolayer adsorbate systems on the lower ps-time scale. By means of spot profile analysis the different cooling rates of epitaxial Ge nanostructures of different size and strain state were determined. The excitation and relaxation dynamics of a driven phase transition far away from thermal equilibrium is demonstrated using the In-induced (8x2) reconstruction on Si(111). This Peierls-distorted surface charge density wave system exhibits a discontinuous phase transition at 130 K from a (8x2) insulating ground state to (4x1) metallic excited state. Upon excitation by a fs-laser pulse, this structural phase transition is non-thermally driven in only 700 fs into the excited state. A small barrier of 40 meV hinders the immediate recovery of the groundstate and the system is found in a metastable supercooled state for up to few nanoseconds

Probing the Interatomic Potential of Solids by Strong-Field Nonlinear Phononics

Femtosecond optical pulses at mid-infrared frequencies have opened up the nonlinear control of lattice vibrations in solids. So far, all applications have relied on second order phonon nonlinearities, which are dominant at field strengths near 1 MVcm-1. In this regime, nonlinear phononics can transiently change the average lattice structure, and with it the functionality of a material. Here, we achieve an order-of-magnitude increase in field strength, and explore higher-order lattice nonlinearities. We drive up to five phonon harmonics of the A1 mode in LiNbO3. Phase-sensitive measurements of atomic trajectories in this regime are used to experimentally reconstruct the interatomic potential and to benchmark ab-initio calculations for this material. Tomography of the Free Energy surface by high-order nonlinear phononics will impact many aspects of materials research, including the study of classical and quantum phase transitions

Arte y corporeidad, una apuesta para el diálogo intercultural

In complex contexts where are multiple visions of life, ethnicities and social sectors that have not yet been integrated, is necessary to rethink the communicative processes taking the whole human being as a starting point. The Mayan knowledge provides the concept Jun Winäq that means the whole person in all dimensions. This element gives bases to create new spaces for dialogue, including deep interactions in social diversity. This paper focuses on art as a communication platform, which takes into account the emotional and spiritual human aspects, besides the mental elaborations. From corporeity as a code, it is assumed that the body goes beyond the intellectual processes; an embodied mind exists, and provides important elements to overcome confrontation, and build supportive relationships. Through dance as a path between nodes of community networks, music as social praxis, theater as an experience of otherness, and writing as a bridge between intertextualities, this research develops a process of artistic creation with youth from Alta Verapaz, Guatemala. From this space and the artistic works produced, boys and girls express their proposals for coexistence, facing the current social challenges.En contextos sociales complejos, donde existen múltiples visiones de vida, procedencias étnicas, sectores sociales que aún no han podido integrarse ni llegar a conocerse, se hace necesario repensar los procesos comunicativos tomando como punto de partida el ser humano integral. El conocimiento maya aporta a ello el concepto del Jun Winäq , la persona plena en todas sus dimensiones. Este elemento permite crear nuevos puentes de diálogo en los que exista interacción profunda entre personas diversas. En este sentido, el presente trabajo propone el arte como plataforma de comunicación que toma en cuenta las áreas emocionales y espirituales humanas, además de las elaboraciones mentales. Desde la corporeidad como código, se parte de los supuestos de que el cuerpo va delante de los procesos intelectuales y que existe una mente encarnada que brinda elementos importantes para superar estadios de confrontación y construir relaciones solidarias. A través de la danza como camino entre nodos de redes comunitarias, música como praxis social, teatro como vía para la encarnación de lo diverso y escritura como puente entre intertextualidades, se desarrolla un proceso de creación artística con jóvenes de Alta Verapaz, Guatemala. En las obras artísticas producidas, se plasman sus propuestas para la convivencia ante los desafíos actuales. 

Vergleich von endoprothetischen Gelenkersatzmodellen bei Rotatorenmanschettendefektarthropathie

Es wurden 26 Patienten nachuntersucht, die aufgrund einer Defektarthropathie einen Schultergelenkersatz erhalten haben. In 10 Fällen wurden Hemiprothesen implantiert, in 14 eine inverse Prothese und in 2 Fällen wurde ein Oberflächenersatz verwendet. Der Follow-up-Zeitraum betrug im Mittel 43,5 Monate post-OP. Im Gesamtkollektiv konnten signifikante Verbesserungen des Schmerzempfindens und der Punktzahl des ASES Score dokumentiert werden. Im Vergleich mit der Gegenseite zeigten sich im Constant Score keine Unterschiede des Schmerzempfindens. Die Patienten mit einer inversen Prothese wiesen sowohl im Constant Score mit 58,5 Punkten gegen 44,7 Punkten, als auch im ASES Score mit 65,6 gegen 57,7 Punkten, die besseren Werte auf. Ebenso wiesen die mit einer inversen Prothese versorgten Patienten im Follow-up eine niedrigere Schmerzbelastung auf

Cool Cooling Collar for Bake-Out of Temperature-Sensitive Devices

A combination of a pumpable gate valve and a self-built cooling collar permits bake-out of an ultra-high vacuum chamber without having to dismount sensitive equipment. A small pump port on the closed gate valve maintains ultra-high vacuum conditions for a TVIPS TemCam-XF416 imaging electron detector in the case of venting the main chamber. The water-cooled collar mounted to the detector housing prevents heating of the detector upon bake-out of the ultra-high vacuum chamber.Comment: 3 pages, 2 figure

Cuando el cuerpo habla…: Huellas de la Historia en el presente de la juventud de Tactic, Alta Verapaz, Guatemala.

This article presents the experience of the research "Weaving the voice. Art as a platform for intercultural dialogue. Resistances, continuities and historical adaptations of young people in Alta Verapaz, Guatemala, at the beginning of the 21st century”, presented as a doctoral thesis in the History of Latin America, Indigenous Worlds program, from the Pablo de Olavide University, Seville. This project was also part of a research process carried out from 2013 to 2015 at Rafael Landívar University, Guatemala. In deeply complex contexts such as the guatemalan, a commitment is made to the body as a source of historical inquiry and knowledge construction. The idea of the rational is questioned as the only way to understand reality, by approaching the person in its integrality and in its capacity for social transformation. The artistic creative process is conceived as a tool to understand the present and its conductive thread with history. Oral sources and micro history, are fundamental tools to deepen the social contexts addressed.El presente artículo recoge la experiencia trabajada en la investigación “Tejiendo la voz. Arte como plataforma de diálogo intercultural. Resistencias, continuidades y adaptaciones históricas de jóvenes en Alta Verapaz, Guatemala, a inicios del siglo XXI”, presentada como tesis doctoral en el programa Historia de América Latina. Mundos indígenas, de la Universidad Pablo de Olavide, Sevilla. Este proyecto también formó parte de un proceso de investigación realizado de 2013 a 2015 en la Universidad Rafael Landívar, Guatemala. En contextos profundamente complejos como el guatemalteco, se lleva a cabo apuesta por el cuerpo como fuente de indagación histórica y construcción de conocimiento. Se cuestiona la idea de lo racional como única vía para comprender la realidad, mediante el abordaje de la persona en su integralidad y en su capacidad de transformación social. El proceso creativo artístico, se concibe como herramienta para entender el presente y su hilo conductor con la historia. En tal sentido, las fuentes orales y la micro historia, son herramientas fundamentales para profundizar en los contextos sociales abordados