Ultraschnelle Dynamik in Flüssigkristallen (ULCD)

Unsere Forschungsgruppe widmet sich der Vertiefung des grundlegenden Verständnisses von Flüssigkristallen (FKs) – einem faszinierenden und vielseitigen Aggregatzustand, der Eigenschaften zeigt, die zwischen denen herkömmlicher Feststoffe und Flüssigkeiten liegen. Diese mesophaseartigen Zustände vereinen strukturelle Ordnung mit Beweglichkeit und verleihen Flüssigkristallen eine Vielzahl anisotroper und reaktiver physikalischer Eigenschaften. Seit ihrer Entdeckung im späten 19. Jahrhundert spielen Flüssigkristalle eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung moderner Technologien – insbesondere in Displaysystemen – dank ihrer Doppelbrechung, hohen Polarisierbarkeit und Empfindlichkeit gegenüber äußeren elektrischen und magnetischen Feldern.

Trotz über eines Jahrhunderts intensiver Forschung und bedeutender technologischer Fortschritte sind viele Aspekte der grundlegenden Physik, die das Verhalten von Flüssigkristallen bestimmen – insbesondere auf ultraschnellen Zeitskalen – noch immer unzureichend verstanden. Insbesondere dynamische Prozesse auf Femtosekunden- bis Pikosekundenzeitskalen, wie molekulare Reorientierungen, kollektive Anregungen sowie die Kopplung zwischen elektronischen, vibronischen und strukturellen Freiheitsgraden, sind bislang wenig erforscht. Diese ultraschnellen Phänomene spielen jedoch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Reaktion von Flüssigkristallen auf äußere Reize und beeinflussen somit direkt ihre Leistungsfähigkeit in bestehenden wie auch neuartigen Anwendungen.

Um diese dynamischen Prozesse mit hoher zeitlicher und spektraler Auflösung zu untersuchen, nutzt unsere Gruppe modernste Pump-Probe-Spektroskopietechniken über ein breites Spektralband – von Terahertz bis hin zu extremem Ultraviolett. Durch diesen multimodalen spektroskopischen Ansatz sind wir in der Lage, komplexe inter- und intramolekulare Wechselwirkungen zu entschlüsseln sowie die Pfade der Energieumverteilung und molekularen Umstrukturierung, die dem Verhalten von Flüssigkristallen zugrunde liegen, zu kartieren. Indem wir diese ultraschnellen Phänomene mit makroskopischen Eigenschaften in Beziehung setzen, zielt unsere Forschung darauf ab, die Lücke zwischen mikroskopischen Mechanismen und der funktionalen Leistungsfähigkeit von Materialien zu schließen.