Strukturierung der phononischen Umgebung eines Einzelphotonen-Emitters

• Antragsteller: Dr. Martin Esmann
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 401390650

In der Entwicklung von festkörperbasierten Quantentechnologien spielen Phononen eine wesentliche Rolle als Quelle von Dekohärenz. Ziel dieses Projekts ist die Erforschung der optischen Eigenschaften von einzelnen Halbleiter-Quantenpunkten, die gezielt an die lokalisierten, mechanischen Moden ultra-hochfrequenter Nanoresonatoren im GHz-THz-Bereich gekoppelt sind. Einzelne, an optische Mikroresonatoren gekoppelte Quantenpunkte sind die Grundlage für helle Quellen ununterscheidbarer Einzelphotonen. In diesem Zusammenhang ist die Kopplung zwischen Quantenpunkten und lokalisierten mechanischen Moden noch weitgehend unerforscht geblieben. Kürzlich wurde von einem überraschenden Resultat berichtet: Dieselben GaAs/AlAs Mikrosäulen-Resonatoren, die für die Herstellung von Quantenpunkt-basierten Einzelphotonen-Quellen verwendet werden, sind gleichzeitig optimale Resonatoren für akustische Phononen im Frequenzbereich um 20 GHz. Mit den gleichen Werkzeugen, die zuvor für die gezielte Kopplung von Quantenpunkten an optische Resonatormoden entwickelt wurden, ist es also ebenso möglich, die Kopplung eines Quantenpunkts an eine mechanische Mode zu strukturieren. Auf diese Weise können Phononen im Resonator genutzt werden, um die Emissionseigenschaften eines Quantenpunkts im GHz-THz Frequenzbereich zu modulieren, und Photonen, um einzelne Phononen im selben System zu erzeugen. Wir zielen darauf ab, experimentell Phänomene zu demonstrieren, die diese Wechselwirkung zwischen einem einzelnen Quantenpunkt und einer ultra-hochfrequen phononischen Resonatormode unter Beweis stellen und damit die Lücke zwischen den Feldern Quantenoptik und Nanophononik zu überbrücken. Wir fassen zwei wesentliche experimentelle Ziele ins Auge: (i) Die beschleunigte Emission von Phononen eines einzelnen Quantenpunkts zu demonstrieren (den phononischen Purcell-Effekt) und (ii) Die optische Emission eines einzelnen Quantenpunkts mit monochromatischen Phononen im GHz-THz Bereich zu modulieren. Diese Resultate könnten einen wesentlichen Einfluss auf die Konzeption zukünftiger festkörperbasierter Quantentechnologien haben und die Grundlage für neuartige Quanteninformations-Protokolle mit Phononen als hauptsächlichem Informationsträger bilden.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Gastgeber: Dr. Norberto Daniel Lanzillotti-Kimura