TY - JOUR A1 - Bojahr, Andre A1 - Herzog, Marc A1 - Mitzscherling, Steffen A1 - Maerten, Lena A1 - Schick, Daniel A1 - Goldshteyn, J. A1 - Leitenberger, Wolfram A1 - Shayduk, R. A1 - Gaal, P. A1 - Bargheer, Matias T1 - Brillouin scattering of visible and hard X-ray photons from optically synthesized phonon wavepackets JF - Optics express : the international electronic journal of optics N2 - We monitor how destructive interference of undesired phonon frequency components shapes a quasi-monochromatic hypersound wavepacket spectrum during its local real-time preparation by a nanometric transducer and follow the subsequent decay by nonlinear coupling. We prove each frequency component of an optical supercontinuum probe to be sensitive to one particular phonon wavevector in bulk material and cross-check this by ultrafast x-ray diffraction experiments with direct access to the lattice dynamics. Establishing reliable experimental techniques with direct access to the transient spectrum of the excitation is crucial for the interpretation in strongly nonlinear regimes, such as soliton formation. Y1 - 2013 U6 - https://doi.org/10.1364/OE.21.021188 SN - 1094-4087 VL - 21 IS - 18 SP - 21188 EP - 21197 PB - Optical Society of America CY - Washington ER - TY - JOUR A1 - Maerten, Lena A1 - Bojahr, Andre A1 - Gohlke, Mathias A1 - Rössle, Matthias A1 - Bargheer, Matias T1 - Coupling of GHz Phonons to Ferroelastic Domain Walls in SrTiO3 JF - Physical review letters N2 - We study the linear and nonlinear acoustic response of SrTiO3 across its ferroelastic transition at T-a = 105 K by time domain Brillouin scattering. Above T-a we observe that for a strain amplitude of similar to 0.18% the sound velocity for compressive strain exceeds the tensile strain velocity by 3%. Below T-a we find a giant slowing down of the sound velocity by 12% and attribute this to the coupling of GHz phonons to ferroelastic twin domain walls. We propose a new mechanism for this coupling on the ultrafast time scale, providing an important new test ground for theories used to simulate atomic motion in domain forming crystals. Y1 - 2015 U6 - https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.047401 SN - 0031-9007 SN - 1079-7114 VL - 114 IS - 4 PB - American Physical Society CY - College Park ER - TY - THES A1 - Maerten, Lena T1 - Spectroscopic perspectives on ultrafast coupling phenomena in perovskite oxides T1 - Spektroskopische Untersuchung ultraschneller Kopplungsphänomene in Perowskit-Oxiden N2 - In this thesis, I study ultrafast dynamics in perovskite oxides using time resolved broadband spectroscopy. I focus on the observation of coherent phonon propagation by time resolved Brillouin scattering: following the excition of metal transducer films with a femtosecond infrared pump pulse, coherent phonon dynamics in the GHz frequency range are triggered. Their propagation is monitored using a delayed white light probe pulse. The technique is illustrated on various thin films and multilayered samples. I apply the technique to investigate the linear and nonlinear acoustic response in bulk SrTiO_3, which displays a ferroelastic phase transition from a cubic to a tetragonal structural phase at T_a=105 K. In the linear regime, I observe a coupling of the observed acoustic phonon mode to the softening optic modes describing the phase transition. In the nonlinear regime, I find a giant slowing down of the sound velocity in the low temperature phase that is only observable for a strain amplitude exceeding the tetragonality of the material. It is attributed to a coupling of the high frequency phonons to ferroelastic domain walls in the material. I propose a new mechanism for the coupling of strain waves to the domain walls that is only effective for high amplitude strain. A detailed study of the phonon attenuation across a wide temperature range shows that the phonon attenuation at low temperatures is influenced by the domain configuration, which is determined by interface strain. Preliminary measurements on magnetic-ferroelectric multilayers reveal that the excitation fluence needs to be carefully controlled when dynamics at phase transitions are studied. N2 - In dieser Doktorarbeit untersuche ich ultraschnelle Dynamik in perovskitischen Oxiden mittels zeitaufgelöster optischer Spektroskopie. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Phononendynamik, die mithilfe von zeitaufgelöster Brillouin-Streuung sichtbar gemacht wird: durch die Anregung einer metallischen Transducer-Schicht mit einem ultrakurzen Anregepuls wird eine kohärente Phononendynamik im GHz Frequenzbereich erzeugt. Die Ausbreitung der Schallpulse wird mit einem Weißlicht-Abfragepuls aufgezeichnet. Diese Methode wird am Beispiel verschiedener Dünnschicht- und Übergitterproben illustriert. Die Methode und das gewonnene Verständnis wende ich an, um lineare und nichtlineare akustische Eigenschaften an einem SrTiO_3-Kristall zu untersuchen. Dieser weist einen ferroelastischen Phasenübergang von kubischer zu tetragonaler Kristallstruktur bei T_a=105 K auf. Im linearen Regime beobachte ich eine Kopplung der untersuchten akustischen Mode an eine weichwerdende optische Mode, welche den Phasenübergang charakterisiert. Im nichtlinearen Regime tritt eine gigantische Verlangsamung der Schallgeschwindigkeit unterhalb von T_a auf, wenn die induzierte Gitterverzerrung die Tetragonalität des Materials übersteigt. Dies kann auf eine Kopplung der hochfrequenten akustischen Mode an ferroelastische Domänenwände bei tiefen Temperaturen zurückgeführt werden. Ich entwickle einen neuen Mechanismus, der die Kopplung der Verzerrungswelle an die Domänenwände beschreibt. Eine detaillierte Untersuchung der Phononendämpfung in SrTiO_3 über einen weiten Temperaturbereich zeigt, dass diese bei tiefen Temperaturen durch die Domänenkonfiguration beeinflusst ist. Die Domänenkonfiguration ist durch Verzerrungen an der Kristall-Transducer Grenzfläche bestimmt. Erste Untersuchungen an magnetisch-ferroelektrischen Übergittern zeigen, dass die Anregungsfluenz vorsichtig eingestellt werden muss, um die Dynamik an Phasenübergängen zu untersuchen. KW - coherent phonons KW - phonon dynamics KW - time resolved KW - Brillouin scattering KW - perovskite oxides KW - optical spectroscopy KW - hypersound propagation KW - phonon damping KW - domain wall motion KW - phonon backfolding KW - superlattice dispersion KW - kohärente Phononen KW - Phononen Dynamik KW - zeitaufgelöst KW - Brillouin Streuung KW - Perowskit-Oxide KW - optische Spektroskopie KW - Hyperschall Propagation KW - Phononen Dämpfung KW - Domänenwandbewegung KW - Phononen Rückfaltung KW - Übergitter Dispersion Y1 - 2015 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-77623 ER -