Die Anregung von Nanostrukturen mit ultrakurzen Wellenform-kontrollierten Laserpulsen ermöglicht die Erzeugung von verstärkten Nahfeldern, die weit unterhalb der Wellenlänge lokalisiert sein können. Das gezielte Einstellen ihrer raumzeitlichen Entwicklung auf Nanometer Längen- und Attosekunden Zeitskalen erlaubt die präzise Kontrolle der Nahfeld-getriebenen Elektronendynamik und stellt damit eine zentrale Herausforderung für die Realisierung ultraschneller lichtgetriebener Nanoelektronik dar.
Ziel dieser Arbeit ist die theoretische Beschreibung der Attosekunden-Elektronendynamik in den Nahfeldern Laser-angeregter Nanostrukturen mit dem Ziel, ein physikalisches Verständnis der Ergebnisse hochaktueller Experimente zu entwickeln. Im Rahmen der Arbeit wird dazu die Licht-Materie Wechselwirkung mit Hilfe von klassischen, semi-klassischen und Quantensimulationen modelliert. Insbesondere werden drei zentrale Fragestellungen untersucht. Der erste Teil der Arbeit behandelt die Quanten-Aspekte von kohärenter Elektronenemission am Beispiel metallischer Nanospitzen unter Zweifarben-Laserfeldern. Der zweite Teil widmet sich der Starkfeld-getriebenen Elektronenemission von dielektrischen Nanokugeln in optischen Wenigzyklen-Pulsen. Nanokugeln bieten ideale Modellsysteme für die Untersuchung der kombinierten Einflüsse von Feldpropagation, Elektronentransport und Vielteilchen-Effekten, die in dieser Arbeit von besonderem Interesse sind. Im dritten Teil wird die ultraschnelle Transportdynamik von Elektronen in Dielektrika untersucht, die experimentell mit der Methode des 'Attosekunden Streaking' zugänglich ist.
Excitation of nanostructures with ultrashort waveform-controlled laser pulses makes it possible to generate strongly enhanced near-fields that may be localized to dimensions far below the wavelength. Adjusting their spatio-temporal evolution on nanometer length- and attosecond timescales enables precise control of the near-field mediated electron dynamics and thus constitutes a key challenge for realizing ultrafast light-driven nanoelectronics.
This thesis aims at exploring attosecond electron dynamics in the near-fields of laser-excited nanostructures theoretically to develop so far lacking physical pictures for explaining recent experiments. Thereto, the light-matter interaction is modeled via classical, semi-classical and quantum simulations. In particular, three key issues are addressed in this work. The first part is dedicated to investigating the quantum aspects of coherent photoemission from metallic nanotips under bichromatic laser fields. Second, the strong-field electron emission from dielectric nanospheres under optical few-cycle pulses will be analyzed. Nanospheres provide ideal model systems to investigate the combined impacts of field propagation, electron transport and many-electron effects, which are of particular interest in this work. In the third part, the ultrafast electron transport dynamics within dielectrics is studied, which can be probed via attosecond streaking spectroscopy.