Spinrauschspektroskopie und Resonanzfluoreszenz in rauschenden Nanosystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Oestreich
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 559570045

Rauschen als intrinsische Fluktuation messbarer Größen ist eine fundamentale physikalische Eigenschaft, die viele Prozesse in Festkörpern beeinflusst. Das Rauschen in Halbleitern resultiert dabei typischerweise entweder aus der Fluktuation von Ladung oder von der Fluktuation von Spins meist aber aus einer recht komplizierten Kombination von beidem. Insbesondere in niedrigdimensionalen Halbleitern ist ein fundamentales Verständnis und eine mögliche Kontrolle dieses Rauschens von aktuellem Interesse beispielsweise im Rahmen von stochastischer Quantenkohärenz, Quantenpunkt-Quantensensorik und der Verschränkung von Fouriertransform-limitierten Einzelphotonenquellen. Eine besonders gut geeignete Methode zur Untersuchung dieser Rauschdynamik in Halbleiternanostrukturen ist die optische Spinrauschspektroskopie, deren Sensitivität seit 2005 so weit gesteigert wurde, dass heutzutage die Messung einzelner Ladungsträger möglich ist. Allerdings zeigen die Experimente, dass die bisher eingesetzte traditionelle Spinrauschspektroskopie trotz exzellenter Optimierung bei komplexen Nanosystemen an ihre Grenzen stößt. Im Rahmen dieses Antrages werden wir diese Grenzen der traditionellen Spinrauschspektroskopie überschreiten und die Technik in Richtung Einzelphotonen-Spinrauschspektroskopie entwickeln und ebenso mit Einzelphotonen-Resonanzfluoreszenz verbinden, wodurch eine neue, vielfältig einsetzbare Basismesstechnologie entsteht. Wir werden in Bezug auf die Messtechnik Einzelphotonen-Spinrauschspektroskopie mit extrem hoher Zeitauflösung demonstrieren und die Sensitivität mittels faktorieller Kumulanten und Einzelphotonen-Polyspektren an das quantenmechanische Limit führen. Wir werden des Weiteren die vielfältige, gekoppelte Ladungs- und Kernspindynamik untersuchen, die aktuellen Theorien zur Spinrauschspektroskopie testen, quantenmechanische Photon-Spin-Wechselwirkungen untersuchen, Grundlagen zur Spin- und Ladungsträgerdynamik in Hinblick auf Spin-Photon-Schnittstellen erforschen und die Rausch-Kopplung von Halbleiterquantenpunkten messen und manipulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: 15 Watt, 532 nm Pumplaser
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser