Kontrollierbare kohärente Emission organischer und biologischer Fluorophore durch Manipulation der photonischen Potentiallandschaft unter starker Kopplung

• Antragsteller: Dr. Andreas Mischok
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 404587082

Mikrokavitäten stellen ein flexibles Modellsystem zur Untersuchung von Photon- und Polariton-Dispersion in einer steuerbaren Potentiallandschaft dar. In vertikalen, oberflächenemittierenden Kavitäten zeigen Photonen aufgrund ihrer räumlichen Einschränkung eine parabolische Dispersion, ähnlich derer freier Elektronen. Ihre effektive Masse ist dabei allerdings nur etwa 10^-5 mal so gross, was zu sehr niedrigen Laser- bzw Kondensationsschwellen führt.Die Potentiallandschaft in solchen Kavitäten kann nun durch das Einbringen dünner Zwischenschichten beeinflusst werden. Das laterale Strukturieren solcher Zwischenschichten ermöglicht hiermit sowohl das Erzeugen photonischer Quantentöpfe als auch deren Kombination in Form von photonischen Gitterstrukturen. Die Emissionseigenschaften solch komplexer Strukturen unterscheiden sich hochgradig von denen einfacher planarer Kavitäten. In diesem Vorhaben soll die kohärente Kopplung mehrerer Pontentialtöpfe genutzt werden, um die starken Wechselwirkungen zwischen Polaritonen zu demonstrieren sowie die makroskopische Kohärenzlänge des gefangenen Lichts im Realraum nachzuweisen. Hierzu werden die Strukturierungsparameter als zusätzlicher Freiheitsgrad manipuliert, um eine umfassende Kontrolle des von Mikrolasern emittierten Lichts im k-Raum zu erreichen. Durch das Verändern von Gitterkonstanten in 1- und 2-dimensionalen polaritonischen Gittern kann ein beeindruckendes Mass an Kontrolle über deren Lasermoden ausgeübt werden. Durch das gezielte Einbringen von Defekten kann schliesslich deren Leistungsfähigkeit noch weiter erhöht werden. Hierbei liegt ein besonderes Augenmerk auf der Untersuchung organischer und biologischer Farbstoffe, deren einzigartige Eigenschaften eine Vielzahl an Möglichkeiten für Anwendungen und fundamentale Forschung darstellen. Durch Kombination flexibler organischer Emitter mit hochgradig anpassbaren photonischen Strukturen werden durchstimmbare Polariton-Laser, dispersionsfreie organische licht-emittierende Dioden und schmalbandige Photodetektoren ermöglicht.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Großbritannien
• Gastgeber: Professor Dr. Malte Gather