Quantenoptische Modelle für Nanolaser und Nanolaser-Arrays

• Antragsteller: Professor Dr. Christopher Gies
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388836079

Mit diesem Antrag werden ausschließlich Sachmittel, zum einen für den Besuch wissenschaftlicher Gäste, um den Aufenthalt von Dr. Paul Gartner an der Universität Bremen über einen Zeitraum von zwei Monaten zu ermöglichen, sowie Reise- (Konferenzbesuch Photonics West 2018) und Publikationsmittel zur Präsentation der im Projekt gewonnenen Ergebnisse beantragt.Als zentraler Inhalt des beantragten Projekts soll der gemeinsame Austausch mit Dr. Gartner die Entwicklung eines Lasermodells für zweidimensionale Halbleiter unterstützen. Dies beinhaltet neuartige Laserstrukturen, wie Nanobeam-Laser mit Halbleiter-Quantenfilmen als aktivem Material, aber auch sogenannte Übergangsmetalldichalkogenide, die als atomar dünne Filme auf photonische Kristalle gelegt werden können. Im Gegensatz zu konventionellen Kantenemittern handelt es sich bei den zu untersuchenden Strukturen um high-beta Laser, also Systeme, in denen Kavitäten hoher Güte die spontanen Emissionseigenschaften des Halbleiters modifizieren, und Lasing in der Gegenwart starker optischer Felder im Resonator stattfindet. Die Erfahrung von Dr. Paul Gartner mit der Modellierung zweidimensionaler Halbleitersysteme und mit Greensfunktiontechniken wird dabei von großem Wert sein.Ein weiterer Arbeitspunkt umfasst Unordnungseffekte in Jaynes-Cummings Gittern. Diese werden beispielsweise durch Fluktuationen in der energetischen Position der Resonatormoden verschiedener Mikrokavitäten hervorgerufen, die sich in epitaktisch und lithographisch gewachsenen Halbleitersystemen nie vollständig unterdrücken lassen. Die Kopplung einzelner Kavitäten zu einem Kavitäts-Array hängt sensitiv von solchen Fluktuationen ab. Die in einer gemeinsamen theoretischen Vorarbeit betrachteten idealen und völlig identischen Systeme sollen gemeinsam mit Dr. Paul Gartner unter der Berücksichtigung von Unordnung untersucht werden. Zum einen wird dies ermöglichen, Parametervorgaben für die experimentelle Herstellung von Jaynes-Cummings-Gittern aus Mikrosäulenresonatoren zu ermöglichen. Zum anderen werden neue Methoden zur Modellierung nicht-idealer Kavitätsarrays entwickelt werden, die es uns ermöglichen sollen, Quantenphasenübergänge und Korrelationseffekte unter realistischen Bedingungen zu studieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen