Kohärente GHz-Elektro-Optomechanik mit polaromechanischen Kristallen

• Antragsteller: Dr. Alexander Kuznetsov; Dr. Paulo V. Santos
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 359162958

Wir haben vor Kurzem die kohärente Wechselwirkung zwischen Kondensaten und akustischen GHz-Phononen demonstriert, die in Fallen innerhalb einer Halbleiter-Mikrokavität eingeschlossen sind (DFG-Projekt Nr. 359162958). Die aus dieser Wechselwirkung entstandenen phonon-bekleideten Polariton-Quasiteilchen (einfach MCPPs) bilden die Grundlage für eine neuartige halbleiterbasierte Plattform für Optomechanik im GHz-Frequenzbereich unter Verwendung elektrisch und optisch stimulierter GHz-Phononen. Ziel des Folgeprojekts ist die Untersuchung der zeitlichen und räumlichen kohärente optomechanischen Wechselwirkungen von MCPPs in einzelnen Potenzialmulden und Gittern von Potenzialmulden mit geringen Abmessungen (Potenzialmulden mit Größen bis in den sub-µm-Bereich). Durch die reduzierte Dimensionalität wird die Polariton-Phonon-Wechselwirkungen verstärkt und neue, durch Phononen vermittelte Kopplungsmechanismen zwischen den Potenzialmulden werden ermöglicht. Im Einzelnen werden wir (i) die Kontrolle der Polariton-Phonon-Wechselwirkung durch den Einschluss in Potenzialmulden untersuchen. Hierzu werden wir MCPP-Potenzialmulden, -Moleküle und -Felder mit Abmessungen im sub-μm-Bereich herstellen, um die Phonon-Polariton-Wechselwirkung bis hinunter auf die Ebene weniger Teilchen zu erforschen und Techniken für die optische und elektrische Erzeugung sowie den Nachweis stimulierter kohärenter Phononen zu entwickeln. (ii) Wir werden die Hybridisierung von MCPP-Zuständen in Molekülen sowie deren Wechselwirkungen mit piezoelektrischen und impulsinduzierten erzeugten Dehnungsfeldern untersuchen. Zur Evaluierung der beteiligten Kopplungsmechanismen werden die Experimente von theoretischen Untersuchungen begleitet. Ein erwartetes Ergebnis wird die Demonstration der kohärenten optomechanischen Kontrolle (Kühlung und Verstärkung) durch Phonon-Seitenbänder sein. Wir werden (iii) skalierbare MCPP-Wechselwirkungen in optomechanischen 1D- und 2D-Kristallen (erweiterte gekoppelte Systeme) realisieren. Die präzise Steuerung der Kopplung zwischen den Potenzialmulden wird es uns ermöglichen, ein Phonon-Analogon eines Quantenkaskadenlasers für die verstärkte Phononenerzeugung sowie die Energiestabilisierung und Synchronisierung von gekoppelten MCPPs zu demonstrieren. Diese skalierbaren MCPP-Felder werden für eine effiziente bidirektionale Umwandlung zwischen Nahinfrarot- und Mikrowellenbereichen untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Kooperationspartner: Professor Dr. Axel Bruchhausen; Professor Dr. Alejandro Fainstein; Dr. Andres Reynoso; Professor Dr. Gonzalo Usaj