Quanten-Nano-Optik und Sensorik

Aufkommende Quantentechnologien ermöglichen Fortschritte in der Informationsverarbeitung, Sensorik, Metrologie und bei Energieanwendungen. Nanophotonische Geräte spielen eine zentrale Rolle, da sie eine präzise Kontrolle der Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie auf Quantenebene ermöglichen. Unter Umgebungsbedingungen sind die Wechselwirkungen zwischen Photonen und einzelnen Quantensystemen jedoch nach wie vor schwach, und viele Quantenphänomene auf der Nanometer- und Femtosekundenskala sind noch immer kaum verstanden.
Der Vortrag wird sich auf die Quantenoptik im Nanomaßstab konzentrieren und die grundlegenden physikalischen und experimentellen Techniken zur Kontrolle der Wechselwirkungen zwischen einigen wenigen Photonen und Materie im Subwellenlängenbereich untersuchen. Ich werde nanophotonische Strukturen und fortschrittliche spektroskopische Techniken vorstellen, die eine präzise Kontrolle von Festkörper-Einzelphotonenquellen ermöglichen, darunter kolloidale Quantenpunkte und Diamant-Farbzentren. Diese Ansätze verbessern die Strahlungsabklingraten um mehr als drei Größenordnungen und ermöglichen eine ultraschnelle, helle Einzelphotonenerzeugung unter Umgebungsbedingungen.
Farbzentren in Diamant dienen nicht nur als photostabile Quantenlichtquellen, sondern auch als hochempfindliche Quantensensoren. Ich werde einen spektroskopischen Ansatz erörtern, der Störfelder vermeidet und den elektrischen Dipol für die Vektor-Magnetometrie und die Thermometrie im Nanomaßstab ausnutzt, mit möglichen Anwendungen in der biomedizinischen Bildgebung und der Charakterisierung von Quantenmaterialien. Diese Plattformen ermöglichen auch eine gerichtete Photonenextraktion und elektrische Ansteuerung, was einen wichtigen Schritt in Richtung skalierbarer Quantenphotonikgeräte darstellt.