Entstehende Quantenstrukturen: Von Ionen-Kristallen zu Kristallen von Solitonen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Giovanna Morigi; Professor Dr. Ferdinand Schmidt-Kaler
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 577923538

Kristalle aus gefangenen atomaren Ionen bieten eine ideale Plattform für die Untersuchung quanten-kooperativer Dynamiken, da sie eine nahezu perfekte Beobachtung und Manipulation der Quantendynamik auf verschiedenen Längenskalen ermöglichen. Eine Vielzahl von Einfang- und Kühltechniken ermöglicht es, das Schwingungsmodenspektrum maßzuschneidern und dadurch effektive Wechselwirkungen zwischen den internen Freiheitsgraden der Ionen zu gestalten. Strukturelle Defekte sind kollektive Eigenschaften, die spektroskopisch aufgelöst, gekühlt und manipuliert werden können. Theoretische Studien zeigen, dass lokalisierte Defekte über die langreichweitigen Coulomb-Wechselwirkungen interagieren und sich wie geladene Quasiteilchen verhalten, die bisher unerforschte Strukturen aufbauen können. Das Projekt CRYSOL zielt darauf ab, eine umfassende Charakterisierung der statischen und dynamischen Eigenschaften von Kink-und Soliton-artigen Defekten in Ionenketten zu liefern, vom semiklassischen bis zum Quantenbereich. Das Projekt wird von einem experimentellen und einem theoretischen PI geleitet, die Pioniere auf dem Gebiet der Physik von Ionen-Coulomb-Kristallen sind und über eine ausgezeichnete Erfolgsbilanz bei Kooperationen verfügen. In CRYSOL verfolgen wir die Charakterisierung der entstehenden Dynamik von Kinks und Solitonen in Ionenketten mit dem Ziel, diese Strukturen auf Quantenebene aufzudecken und zu kontrollieren. CRYSOLs Konzept wird zum allgemeinen Verständnis der Mechanismen beitragen, die zur Bildung komplexer Strukturen führen, ausgehend von einem mikroskopischen Quantensystem.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen