Nichtlineare supraleitende Metamaterialien

• Antragsteller: Professor Dr. Alexey V. Ustinov, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276305236

Metamaterialien sind künstlich hergestellte Strukturen, die eine einzigartige Form der Interaktion zwischen Materie und elektromagnetischen Wellen ermöglichen. Indem man konventionelle metallische Strukturen in Metamaterialien durch Supraleiter ersetzt, lassen sich Verluste um Größenordnungen reduzieren. Dies ermöglicht es nicht nur die Größe der Meta-Atome drastisch zu reduzieren, sondern auch deren Resonanzfrequenzen stimmbar zu machen. Zusätzlich können solche Meta-Atome stark nichtlinear und multistabil sein, was neuartige Anwendungsfelder eröffnet. Wir beabsichtigen deswegen, die nichtlinearen Eigenschaften supraleitender Metamaterialien mit Josephson Kontakten experimentell eingehend zu erforschen. Zu diesem Zweck werden wir große, ein- und zweidimensionale periodische Anordnungen von supraleitenden Mikrowellenresonatoren (Meta-Atomen) untersuchen, insbesondere die erst kürzlich entdeckten multistabilen Zustände von Metamaterialien bestehend aus SQUID Meta-Atomen. Im Detail werden wir neuartige, kompakte Meta-Atome mit Niob Josephson Kontakten entwerfen, herstellen und vermessen um deren nichtlineare Eigenschaften bei Mikrowellenfrequenzen zu studieren. Zum ersten Mal ist es uns hier möglich, die parametrischen Eigenschaften ausgedehnter Josephson Metamaterialien zu untersuchen, anstatt uns auf einzelne Meta-Atome zu beschränken. Unser Ziel ist es, dieses parametrische Medium zu nutzen um neuartige Funktionalitäten zu demonstrieren wie etwa das "kontaktlose" breitbandige Mischen und Verstärken propagierender elektromagnetischer Wellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen