Strukturierung des Quantenvakuums um Atome und Moleküle

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Scheel
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 446329959

Quantenemitter wie Atome oder Moleküle befinden sich an vorderster Front bei Tests von fundamentaler Physik, der Metrologie und der Quantentechnologie. Das ständig wachsende Bedürfnis an Miniaturisierung bringt sie in direkte Nähe von Festkörperoberflächen. Festkörper modifizieren die Fluktuationen des elektromagnetischen Feldes, was zu Veränderungen der Struktur der Quantenemitter wie deren Energieniveaus, Lebensdauern und Symmetrien führt. Umgedreht bietet die kontrollierte Strukturierung der Umgebung von Atomen und Molekülen eine einzigartige Möglichkeit, die Feldfluktuationen zu modifizieren und die Eigenschaften von Quantensystemen zu beeinflussen.Das Projekt zielt darauf ab, die Wechselwirkung eines Atoms oder Moleküls mit dem Vakuum durch massgeschneiderte Veränderungen wie thermisch angeregte Oberflächenmoden eines makroskopischen Körpers zu beeinflussen. Das Projekt vereint Experten der theoretischen Beschreibung von Atom-Oberflächen-Wechselwirkungen aus Rostock mit einer experimentellen Gruppe der Universität Paris 13, die Spezialisten für Nahfeld-Atom/Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen in Dampfzellen sind.Thermische Dampfzellen, die Atome oder Moleküle enthalten, sind kompakte Plattformen für quantenphysikalische Experimente und Quantentechnologien. Die Fabrikation dieser neuen Generation von Quantendevices erfordert grundlegendes Verständnis der Wechselwirkung von Atomen und Molekülen mit planaren und nanostrukturierten Oberflächen.In diesem Projekt werden die folgenden Ziele verfolgt:1) Wir werden die Wechselwirkung von hochangeregten Rydbergatomen mit dielektrischen Oberflächen und die Beiträge von Multipolwechselwirkungen untersuchen.2) Wir werden die Wechselwirkungen von Molekülen in Dampfzellen mit Transmissionsspektroskopie untersuchen und den Einfluss der räumlichen Orientierung (Anisotropie der Molekül-Oberflächen-Wechselwirkung) studieren.3) Wir werden eine neue Generation von Dampfzellen mit nanostrukturierten Fenstern auf der Basis planarer Metamaterialien herstellen, um Atom/Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen zu beeinflussen.4) Wir werden spektroskopische Untersuchungen zu Rydbergatomen in nanostrukturierten Dampfzellen, gekoppelt mit Terahertzresonatoren, vornehmen und die Modifikation der Rydberg-Oberflächen-Wechselwirkung demonstrieren.Die Stärke des Projekts resultiert aus der engen Zusammenarbeit zwischen Theorie und Experiment. Schlussendlich wird das angeeignete Wissen dazu führen, dass das quantenmechanische Vakuum um Atome und Moleküle herum strukturiert werden kann. Obwohl diese Studien zunächst auf dem Gebiet der Quantenphysik angesiedelt sind, haben sie Auswirkungen auf Quantentechnologien, in der physikalischen Chemie, der Astrophysik und selbst der Biologie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Athanasios Laliotis