Unsere Gruppe konzentriert sich auf effiziente Licht-Materie-Schnittstelle in den Bereichen Festkörper-Quantenoptik und Sensorik. Quantenemitter sind nicht nur der Schlüssel für Anwendungen in der Sensorik, sondern spielen auch bei neuen Entwicklungen in der Quantentechnologie eine wesentliche Rolle. Photonen hingegen haben sich als hervorragende Informationsträger erwiesen. Sie lassen sich hochpräzise manipulieren, sind gut gegen Dekohärenz durch die Umgebung abgeschirmt und können mit Lichtwellenleitern verlustarm über große Entfernungen geführt werden. Mit dem Ziel, kleine und skalierbare Systeme zu realisieren, die als Bausteine in photonischen Quantennetzwerken oder als präzise Sensoren eingesetzt werden können, sind Festkörper-Quantenemitter in den Fokus gerückt. Im Vergleich zu isolierten Atomen haben sie ähnliche ähnliche Energielevelstrukturen können aber leichter manipuliert und in verschiedene Arten von photonischen Netzwerken oder Nanostrukturen integriert werden. Die geführten Moden nanophotonischer Wellenleiter weisen ein ausgeprägtes evaneszentes Feld auf, das eine empfindliche Detektion sogar einzelner Moleküle oder Atome in ihrer Umgebung ermöglicht. Diese Wellenleiter können auch mit Resonatoren kombiniert werden, um die Licht-Materie-Wechselwirkung weiter zu verbessern.

Festkörper-Quantenoptik

Wir arbeiten nun im Rahmen des FETOpen-Projekts ErBeStA, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, öffnet eine externe URL in einer neuen an einer effizienten Licht-Materie-Schnittstelle unter Verwendung von nanophotonischen Wellenleitern auf Chips und Festkörper-Quantenemittern wie Molekülen in Festkörpern oder Farbzentren in hexagonalem Bornitrid. Da viele Festkörper-Quantenemitter kryogene Temperaturen benötigen, um die Phononen des Hostkristalls auszufrieren und Dephasierung und inelastische Streuung zu vermeiden, wurden die meisten Experimente bisher unterhalb von 4 K durchgeführt. Wir konnten kürzlich zeigen, dass ein Resonator basierend auf Faser-Bragg-Gittern und einer optischen Nanofaser bei kryogenen Temperaturen verwendet werden kann und eine vielversprechende Plattform für eine starke Licht-Materie-Grenzfläche bietet. Außerdem planen wir, den Bereich der Festkörper-Quantenoptik auf Raumtemperatur zu verlagern.

Quantenemitter in hBN sind ein vielversprechendes System, um dieses Ziel zu erreichen, und wir arbeiten derzeit an einem neuen Experiment, das kürzlich durch einen ESQ Discovery Grant , öffnet eine externe URL in einem neuen Fensterfinanziert wurde.

Wir freuen uns sehr, dass unsere Arbeit an 2D-Materialien weitere Fördermittel erhalten hat. Unser neues Projekt PhoQus2D wird von der FFG gefördert und wird in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe Nanomaterialsynthese und -integration der TU Wien durchgeführt.

Kürzlich konnte Dr. Sarah Skoff auch ein renommiertes Elise-Richter-Forschungsstipendium, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster einwerben, das den Weg für weitere neue spannende Arbeiten zu Quantenemittern in 2D-Materialien ebnet.

Nachweis von Nanoplastik

Weiters haben wir es uns zum Ziel gemacht, Methoden und Werkzeuge aus der Quantenoptik in der Umweltsensorik anzuwenden. Dazu haben wir begonnen, an Nachweismethoden für Nanoplastik zu arbeiten. Die weltweite Zunahme der Kunststoffproduktion und -entsorgung hat dazu geführt, dass große Mengen an Kunststoff in unsere Umwelt gelangen. Die Fragmentierung dieser Kunststoffabfälle in der Umwelt führt zu Mikro- und Nanokunststoffen, die sich noch leichter verteilen und schwerer einzudämmen sind. Insbesondere Nanokunststoffe sind aufgrund ihrer geringen Größe nur sehr schwer nachweisbar, können aber großen Schaden anrichten, da diese Partikel in lebenden Organismen sogar die Blut-Hirn-Schranke überwinden und in die Plazenta gelangen können. Effiziente Licht-Materie-Wechselwirkungen können auch hier ihre Anwendung finden und daher untersuchen wir Plasmonik und andere Werkzeuge aus der Nanophotonik, um diese winzigen Partikel sichtbar zu machen.

Um unsere Forschungsvorhaben werfolgreich umzusetzen sind wir immer auf der Suche nach motivierten Studenten oder PostDocs, die sich uns anschließen, um die Festkörper-Quantenoptik weiter voranzutreiben und Quantentechnologie und Nanophotonik für Sensoranwendungen einzusetzen.

Team

Gruppenleiter:
Dr. Sarah M. Skoff

Wissenschaftlicher Mitarbeiter:
Helmut Hörner
Ambika Shorny

Master- und Projektstudenten:
Alexander Becker
Alexander Brendt
Fritz Steiner
Thomas Hofmann
Paul Mühlgassner