Edmund Kelleher

Projekttitel

Ultrafast terahertz spectroscopy and cold-field emission from low-dimensional materials enabled by gas-filled fibre nonlinear optics (ULTRA-LOWD)

Hvad handler dit projekt om?

I dette projekt udvikler vi en ny lyskilde som leverer intense, korte pulser af terahertz-stråling ved en hidtil uset høj pulsfrekvens sammen med stråling, der dækker det synlige og endda det ultraviolette bølgelængdeområde. Udviklingen af vores nye lyskildesystem er muliggjort af nylige fremskridt inden for laservidenskab, og lyskilden selv vil åbne nye muligheder inden for ultrahurtig spektroskopi af nye materialer. Specifikt vil vi bruge lyskildesystemet som et værktøj til at undersøge, hvordan elektroner bevæger sig gennem ultratynde, såkaldte to-dimensionelle halvledere, der kun er et par atomlag tykke. Håbet er, at vi en dag kan bruge det elektriske felt fra disse intense lyspulser til kontrollerbart at styre elektroner i disse materialer på en ultrahurtig tidsskala. Dette kan have vidtrækkende konsekvenser, for eksempel for udviklingen af den næste generation af computers.

Hvordan opstod din interesse for dit forskningsfelt?

På universitetet var jeg særlig nysgerrig inden for den gren af fysik, der beskæftigede sig med generering, detektering og manipulation af lys, fordi det virkede meget håndgribeligt og alligevel dybt fundamentalt. Efterfølgende har jeg fået den forståelse, at fotoniske systemer og især lasere er en kerneteknologi, der understøtter mange af de anvendelsesområder, der har et meget stort potentiale for at transformere vores samfund i de næste årtier. Derudover er fotonik, og mere specifikt ultrahurtigt optik, er et ekstremt spændende og givende felt at arbejde i.

Hvad er de forskningsmæssige udfordringer og perspektiver ved dit projekt?

Den overordnede udfordring er at udvikle en ny lyskilde, der gør det muligt for os at udføre målinger – og mere specifikt at spore udviklingen af lavenergi-excitationer - i lavdimensionelle materialer. Fordi at disse materialer er så tynde, så kan det være ekstremt vanskeligt at registrere målbare signaler, simpelthen fordi lysfeltet interagerer med så lidt som kun et par atomlag. Akkumulering af et målbart signal over baggrundsstøj er således kun muligt ved at integrere over et stort antal lyspulser - jo højere frekvens af lyspulser, desto større er signal / støjforholdet. Med moderne pulsede lasere med lav pulsfrekvens er disse målinger simpelthen ikke mulige. Forøgelse af pulsfrekvensen er imidlertid ikke triviel. Den pris, man må betale for det, er en forøgelse af den termiske belastning der overføres til materialet, hvilket tilføjer endnu et niveau af kompleksitet som man skal have kontrol over.

Hvilke perspektiver vurderer du selv, at din forskning på sigt kan have for det omgivende samfund?

Selvom dette projekt er af grundlæggende karakter og direkte bidrager til den globale vidensbase, har den bredere indflydelse af en dybere forståelse af lysmateriale-interaktioner i lav-dimensionelle materialer store konsekvenser for en række centrale anvendelsesområder. To eksempler inkluderer for det første en hurtigere implementering af lysdrevne materialer i næste generations højhastigheds- eller endda kvantecomputere for at imødegå udfordringerne i en stadig mere digitalt forbundet verden. Et andet eksempel er design af stabile, højeffektive solceller, som er baseret på nye to-dimensionelle organiske- og uorganiske forbindelser. Solcellerne er nødvendige for at imødekomme det voksende behov for økonomiske og pålidelige kilder til ren energi gennem konvertering af sollys.

Hvad vil det betyde for din forskerkarriere, at du indgår i Sapere Aude-programmet?

Modtagelsen af et Sapere Aude-stipendium er et enormt løft for min indsats i forskning og et vigtigt skridt fremad i min karriereudvikling. Bevillingen giver mig mulighed og støtte til at etablere en stærk forskningsbase ved Danmarks Tekniske Universitet gennem udvidelse af mit forskerteam, her med ansættelse af to ph.d.-studerende dedikeret til projektet. Vi vil have tilstrækkelige ressourcer til rådighed for at sikre, at vores forskningsresultater får maksimal eksponering, både nationalt og internationalt gennem en række forskellige formidlingskanaler. Endelig tror jeg, at dette program vil være en fantastisk platform til fremtidige forskningsansøgninger.

Lidt om mennesket bag forskeren

Jeg voksede op på landet i Storbritannien, og nyder i fulde drag at være udendørs. I dag bor jeg i København med min parter – hende og jeg fortsætter med at benytte enhver lejlighed til at komme ud i naturen. Vi nyder især at klatre i bjerge, løbe i skoven og svømme i søerne – Danmark er en fantastisk indgangsportal til Skandinavien, hvor vi kan dyrke vores udendørsinteresser. Om ikke andet, så blot for at få en god modvægt til hårde uger i laboratoriet!