Lokalisierung von Photonen auf atomare Längenskalen

• Antragsteller: Professor Dr. Bert Hecht
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258188421

Lokalisierung von Photonen auf atomare Längenskalen eröffnet faszinierende Möglichkeiten was sowohl hochauflösende optische Rastermikroskopie als auch starke Licht-Materie-Wechselwirkung angeht. Es ist zu erwarten das spektroskopische Abbildungen mit atomarer Auflösung enorme Auswirkungen in den Lebenswissenschaften sowie generell in den Nanowissenschaften haben werden. Auf der anderen Seite wird starke Kopplung in einem nanoskaligen optischen Resonator mit einem Modenvolumen auf atomarer Skala von großem Interesse sein für die Miniaturisierung und Integration von Quantencomputern sowie für die Implementierung von Nichtlinearitäten für optische Datenmanipulation auf dem Niveau einzelner Photonen. Bisher war die Lokalisierung von Licht jedoch auf den 10nm Bereich beschränkt. Diese Projekt verbindet synergetisch beide bahnbrechenden Aspekte atomarer Lichtlokalisation in dem es auf den Aufbau eines neuen Typs von Rastermikroskopie abzielt welcher atomar lokalisierende MIM Kavitätsresonatoren als optische Sonden verwendet. Es ist uns kürzlich gelungen einkristalline MetalIIsolator- Metall (MIM)-Nanoresonatoren mit <1nm Isolatorschichten herzustellen und die entsprechende Lichtlokalisation im Bereich <1nm nachzuweisen. Laterales Rastern der Sonde und/oder der Probe wird es durch Aufzeichnung von Lumineszenz oder Ramanstreuung von Nanoobjekten, wie z.B. einzelnen Quantenpunkten, (Bio-)Molekülen und neuartigen 2DMaterialien, einerseits ermöglichen, spektroskopische Karten mit nahezu atomarer Auflösung zu erhalten. Die aufgrund von starken Feldgradienten geänderten Auswahlregeln führen hierbei zur Öffnung multipolarer Zerfallskanäle. Andererseits verändert das Rastern der Sonde auch die Kopplungsstärke zwischen Sonde und Quantenemitter was zu einen glatten Übergang aus dem perturbativen in den Bereich der starken und eventuell sogar in den Bereich der ultrastarken Kopplung führt. Es steht weiterhin zu erwarten, dass das die quantenmechanische Verschränkung von Sonde und Quantenemitter im Regime der starken Kopplung zu neue Abbildungsmodalitäten führen wird.

• DFG-Verfahren: Reinhart Koselleck-Projekte