Festkörperquantenoptik bei Raumtemperatur

Informationen werden oft in Form von Licht übertragen zum Beispiel, wenn wir mit Hilfe von Glasfasern im Internet surfen. Lichtsignale werden auch oft in der Quantentechnologie verwendet, weil sie sehr unempfindlich gegenüber Dekohärenz Störungen durch die Umgebung sind. Um Quanteninformationen nicht nur zu übertragen, sondern auch verarbeiten und speichern zu können, ist eine gute Schnittstelle zwischen Licht und Materie unerlässlich. In neuartigen Quantentechnologien versuchet man zu erreichen, dass ein einzelnes Lichtteilchen effizient mit einem einzelnen Quantenemitter interagiert. Meine Forschung zielt daher darauf ab, die Wechselwirkung zwischen Licht und Materie zu verbessern, indem einerseits Nanophotonik eingesetzt wird, die das Lichtfeld stark fokussiert, und andererseits geeignete Quantenemitter benutzt werden. Dabei konzentriere ich mich speziell auf Quantenemitter in Festkörpern, da diese eine hohe Flexibilität bezüglich Integration in verschiedenen Versuchsaufbauten und neuen Geräten und bezüglich Skalierbarkeit, versprechen. Festkörperemitter haben sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt, und es wird kontinuierlich daran geforscht, neue Arten zu finden und den Ursprung verschiedener Emitter zu verstehen. Eine Vielzahl unterschiedlicher Emitter ist wichtig, um unterschiedlichen Anforderungen im Rahmen von Quantennetzwerken und Sensorik, gerecht zu werden. Ein Problem bei einer Festkörperumgebung bei Raumtemperatur besteht darin, dass sie normalerweise unter Schwingungen sogenannten Phononen leidet, die unerwünscht sein können, da sie zu einer Verringerung der Licht-Materie- Wechselwirkung führen und so zu Informationsverlust führen können. Daher werden solche Strukturen bisher üblicherweise auf kryogene Temperaturen heruntergekühlt, damit die Schwingungen nachlassen. In meiner Forschung möchte ich nun untersuchen, wie ich das Gebiet der Festkörper-Quantenoptik in eine Raumtemperaturumgebung bringen kann. Dazu möchte ich verschiedene Quantenemitter in zweidimensionalen (2D) Materialien erforschen. Aufgrund der besonderen geometrischen Struktur solcher Materialien können sie Quantenemitter enthalten, die weniger an die Schwingungen der Wirtsmatrix koppeln. Ein wichtiges Ziel ist es, den Ursprung dieser Emitter zu finden und ihre Elektron-Phononen-Kopplung zu verstehen. Darüber hinaus werden verschiedene Techniken zur Stabilisierung der Emitter eingesetzt und eine hohe Licht -Materie- Wechselwirkung wird durch den Einsatz von Nanophotonik erreicht.