Remanentes Schalten von Bloch-Polaritonen

• Antragsteller: Dr. Chris Sturm
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390089887

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen dieses Projekts wurden photonische Strukturen entwickelt, welche Oberflächenmoden besitzen, die zudem stark mit den Exzitonen in ZnO koppeln und somit langreichweitige propagierende Oberflächen Exziton-Polariton (Bloch-Oberflächen-Polaritonen) bilden. Die starke Kopplung zwischen der photonischen Oberflächenmode und dem Exziton konnte dabei bis zu einer Temperatur von 430 K nachgewiesen werden. Dabei haben wir eine Kopplungsstärken von bis zu 100 meV nachgewiesen, welche höher ist als in ZnO basierten Mikrokavitäten mit einer ähnlichen Dicke der ZnO Kavität. Die größere Kopplungsstärke kann auf einen höheren Anteil der Feldstärke der Bloch­Oberflächen-Polaritonen in der ZnO Schicht im Vergleich zu Mikrokavitäten zurückgeführt werden. Für die Untersuchung der Propagationeigenschaften der Bloch-Oberflächen-Polaritonen haben wir eine Strategie entwickelt, die Strukturen lokal mit einem Gitter zu strukturieren um die entsprechenden Polaritonen resonant anregen bzw. die Emission lokal untersuchen zu können. Die optischen Eigenschaften der hergestellten Gitter wurden mittels ortsaufgelöster Reflexions- und Ellipsometrie untersucht. Dabei mussten Nichtidealitäten des Messplatzes, wie die endliche Bandbreite des Monochromators, berücksichtigt werden. Damit konnten wir unter anderem die geometrischen Parameter der Gitter anhand von Ellipsometrie- und Reflexionsmessungen bestimmen. Im Falle der Bloch-Oberflächen-Polaritonen haben wir für die hergestellten Proben in der Nähe der Exzitonenresonanz Propagationslängen von bis 40 µmeV beobachtet.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Strong coupling of Bloch Surface Waves and excitons in ZnO up to 430 K, DPG Spring Meeting, online, 2021 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Strong coupling of Bloch surface waves and excitons in ZnO up to 430 K. New Journal of Physics, 23(9), 093031.
  Henn, S.; Grundmann, M. & Sturm, C.
  
• Strong coupling of Bloch Surface Waves to excitons in ZnO, 13th Annual BuildMoNa Conference, (online), 2021 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Propagation And Manipulation Of Bloch Surface Waves And Bloch Surface Wave Polaritons In ZnO, DPG Spring Meeting, Germany, 2022 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Strong Coupling Of Bloch Surface Waves And Excitons In ZnO Up To 430 K, 13th International Conference on Metamaterials, Photonic Crystals and Plasmonics (META), Spain, 2022 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Imaging Ellipsometry For Photonic Guided Mode Detection, 12th Workshop on Spectroscopic Ellipsometry, Czech Republic, 2023 (Poster, awarded).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Imaging Ellipsometry For Photonic Guided Mode Detection, 12th Workshop on Spectroscopic Ellipsometry, Czech Republic, 2023 (Talk).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Optical Grating Couplers For The Excitation Of Bloch Surface Waves, DPG Spring Meeting, Germany, 2023 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm
  
• Strongly Coupled Bloch Surface Wave Polaritons In ZnO Above Room Temperature, Annual Build MoNa Conference, Germany, 2023 (Poster).
  S. Henn, M. Grundmann & C. Sturm