Einfang von null-dimensionalen Polaritonen in Sub-Mikrometer Regionen in einem Mikroresonator

• Antragsteller: Professor Dr. Fei Ding; Professor Dr. Karl Leo; Professor Dr. Oliver G. Schmidt
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280523588

Einige der faszinierendsten Quanten Effekte, welche zuvor nur in verdünnten bosonischen Gasen bei extrem geringen Temperaturen beobachtet wurden, beispielsweise die Bose-Einstein Kondensation (BEC) und die Superfluidität, wurden in den letzten Jahren erfolgreich in Festkörpersystemen bei weitaus höheren Temperaturen nachgewiesen. Diese spannenden Entdeckungen, welche zu vielfältigen Anwendungen wie z. B. Lasern mit ultra-geringer Pumpschwelle sowie Einzelphotonen-Quellen führen könnten, basieren auf Exziton-Polaritonen (Quasi-Teilchen; halb aus Licht, halb aus Materie bestehend) welche in einer optischen Mikrokavität räumlich stark gebunden sind. Aufgrund struktureller Defekte weisen planare Mikrokavitäten zumeist ein gestörtes Potential auf, welches zu räumlich eingeschlossenen Polaritonen mit verblüffenden Eigenschaften führt. Allerdings sind diese infolge ihrer zufälligen Größe und Position für weitere Studien zu stark eingeschlossenen Polaritonen - auch null-dimensionale Polaritonen genannt ungeeignet. Dieses Projekt konzentriert sich auf die gezielte Erzeugung und den Einfang von null-dimensionalen Polaritonen in Volumina von der Größenordnung ihrer optischen Wellenlänge, durch die Einbindung adiabatischer, photonischer Filme in konventionellen planaren Mikrokavitäten (US Patent App. 13/792,514). Ziel ist es, die Quanten-Blockade für null-dimensionale Polaritonen, eingeschlossen in Submikrometer-Regionen, sowohl in Halbleiter- wie auch in organischen Systemen zu beobachten, sodass das entsprechende System nur jeweils ein Polariton gleichzeitig fassen kann. Dank des einzigartigen strukturellen Designs ist es möglich, die Kopplung zwischen benachbarten Polaritonen weiter auszuschöpfen, sodass ganze Felder oder gar Multiplexsysteme aus null-dimensionalen Polariton-Zellen denkbar wären. Der Erfolg unserer Forschung würde den Weg für weitere experimentelle wie auch theoretische Bestrebungen auf dem Weg zu sogenannten Polariton-Quantenpunkten und polaritonischen, photonischen Molekülen ebnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen