Kontrolle kollektiver Effekte in und Positionierung von Nanodiamanten in Polymerwellenleitern für Messanwendungen

• Antragsteller: Professor Dr. Georg von Freymann; Professor Dr. Artur Widera
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 454931666

Das Projekt verbindet aktuelle Fortschritte in additiver Mikrostrukturierung mit der quantenoptischen Kontrolle von Ensemblen aus Quantenemittern, um neue, integrierte Magnetfelddetektoren zu konstruieren und anzuwenden. Erstens wird das Projekt Methoden entwickeln um Nanokristalle, insbesondere Nanodiamanten, deterministisch in dreidimensionale Polymerwellenleiter mit Strukturgrößen im Mikrometerbereich einzubringen. Zweitens wird das Projekt kollektive Effekte von Stickstoff-Fehlstellenzentren beobachten, verstehen und kontrollieren. Vor allem ist das Ziel, das Auftreten von Superradianz und das Kurzzeitverhalten auf einem fundamentalen quantenoptischen Niveau zu verstehen. In diesem Zusammenhang werden wir mögliche superradiante Kopplung verschiedener Ensembles mit unterschiedlicher Dipolorientierung untersuchen. Wir werden dieses Wissen zusammen mit der spinabhängigen Kontrolle des Ladungszustandes verwenden, um die Kopplung der Emission eines hochdotierten Nanodiamanten an die Moden eines Polymerwellenleiters zu optimieren. Drittens werden wir diese Kontrolle mit der kürzlich entwickelten Methode des direkten Laserschreibens von metallischen Strukturen kombinieren, um einen vollständig integrierten Sensor für Magnetfelder auf der Spitze einer optischen Glasfaser zu konstruieren. Er wird Magnetfelder auf kleinsten Abständen in biologischen oder opaken Medien, wie zum Beispiel spin-crossover Materialien, detektieren können. Das Projekt wird damit den Weg ebnen zu lokalen und quantenoptisch unterstützten Megnetfeldmessungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen