Elektronenstrahllithographiesystem

• Fachliche Zuordnung: Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung in 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 460700859

Das beantragte Elektronenstrahllithographiesystem (ESL) erlaubt die Herstellung von Resonatorstrukturen für den Terahertz (THz)- und mittelinfraroten Spektralbereich, welche die Kontrolle von elektromagnetischen Nahfeldern auf Subwellenlängenskalen ermöglichen. Auf Basis einer von unserer Gruppe entwickelten parameterfreien numerischen Methode entwickelt unsere Gruppe hiermit stark Licht-Materie gekoppelte Strukturen für Quantenelektrodynamik in Resonatoren (c-QED) sowie Resonatoren, welche THz-Experimente mit atomar hohen Feldstärken ermöglichen. Diese Subwellenlängenkontrolle ist ein zentraler Baustein, um extreme Grenzbereiche der Licht-Materie-Wechselwirkung zu erforschen, in denen starke Nichtlinearitäten auf Zeitskalen unterhalb eines optischen Zyklus auftreten. Zu unseren kürzlichen Ergebnissen zählen dynamische Blochoszillationen und die Erzeugung hoher Harmonischer in Festkörpern, Lichtwellenbeschleunigung von Dirac-Oberflächenelektronen von topologischen Materialien, minimal dissipatives Schalten von Spins, nicht-perturbative Dynamik von Landau-Elektronen jenseits von Kohn’s Theorem, und nicht-adiabatische Kontrolle von extrem stark Licht-Materie-gekoppelten Elektronen in THz-Resonatoren.Unsere Resonatoren werden typischerweise planar auf Festkörpern mit elektronischen Anregungen gefertigt, wobei die Außenmaße zwischen 1 und 100 µm liegen und die kleinsten Abmessungen bis unter 50 nm betragen können. Die Fertigung periodischer Felder von bis zu 106 solcher Strukturen ermöglicht eine effiziente Fernfeldkopplung. Alternativ fertigen wir Einzelantennen, welche durch eine besonders hohe Nahfeldüberhöhung Experimente auf Subwellenlängenskalen und jenseits der im Fernfeld verfügbaren Feldstärken ermöglichen. Mit dem beantragten ESL-System werden wir in neue Grenzbereiche der Subzyklenphysik auf Subwellenlängenskalen vordringen. Jüngste Experimente zur cQED zeigen, wie Vakuummoden gezielt zur Kontrolle elektronischen Transports, chemischer Reaktionen, oder Supraleitung im Gleichgewicht eingesetzt werden können. Wir werden erstmalig die Nichtgleichgewichtsdynamik ultrastark gekoppelter Systeme erforschen und dabei die Kopplungsstärke durch Nanostrukturen der nächsten Generation derart optimieren, dass die Vakuum-Rabifrequenz die Trägerfrequenz des Lichtfeldes um mehr als einen Faktor 2 übersteigt. Darüber hinaus werden wir Nichtlinearitäten von ultrastark gekoppelten Intersubbandübergängen sowie neuartige Konzepte der cQED wie supraleitende Systeme oder Übergangsmetalldichalcogenide untersuchen. Von der systematischen Exploration des Übergangs von linearen zu nicht-perturbativ nichtlinearen Effekten erwarten wir dabei eine Fülle neuartiger Dynamik wie beispielsweise Nichtlinearitäten hoher Ordnung, nichtklassische Lichtzustände, die Erzeugung neuer Resonanzen durch Nichtlinearitäten, sowie Phasenübergange. Die Aufschlüsselung der hierbei relevanten Quantendynamik wird maßgeblich durch Subzyklen-Zeitauflösung ermöglicht werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Elektronenstrahllithographiesystem
• Gerätegruppe: 0910 Geräte für Ionenimplantation und Halbleiterdotierung
• Antragstellende Institution: Technische Universität Dortmund
• Leiter: Professor Dr. Christoph Lange