In unserer modernen Industriegesellschaft sind Umweltverträglichkeit, Auffinden von Gefahrenstoffen, Emissionskontrolle, Umweltüberwachung und Spurenanalyse wichtiger denn je. Unsere Lebensqualität hängt daher in zunehmendem Maße von der von uns selbst erzeugten Umwelt ab. Viele chemische Verbindungen wie Klimagase, Problemstoffe, Umweltgifte, aber auch Medikamente, Drogen und Sprengstoffe lassen sich durch ihre charakteristischen Absorptionslinien im infraroten Spektralbereich von 2-20 µm eindeutig und schnell nachweisen und identifizieren. In diesem Spektralbereich sind bisher effiziente Detektionssysteme nur eingeschränkt verfügbar. Ziel des Spezialforschungsbereichs IR-ON ist es, optische Nanostrukturen zu entwickeln und deren fundamentale Eigenschaften zu verstehen und zu kontrollieren, um damit zuverlässige und vielseitig einsetzbare Infrarot-Quellen und Sensoren zu realisieren. Nanostrukturen bieten faszinierende Perspektiven für die Grundlagenforschung und die Entwicklung von neuartigen optischen und elektronischen Bauelementen. Die Reduzierung der Größe von Halbleiterstrukturen unter 100 Nanometer führt zur Quantisierung der elektronischen Zustände mit Übergangsenergien im infraroten Spektralbereich. Quantenpunkte stellen „künstliche“ Atome dar, deren Quanteneigenschaften mit konventionellen Halbleiterbauelementen, wie wir sie täglich verwenden, verbunden werden kann. Durch geeignete Nanostrukturtechniken können diese künstlichen Atome gezielt angeordnet werden, mit Drähten kontaktiert und in komplizierte Schaltungen eingebaut werden. Die Nanostrukturierung von Halbleitern erhöht damit deren Funktionalität und ermöglicht ein einstellbares, optisch aktives Verhalten in einem sehr breiten Spektralbereich. Ziel des Spezialforschungsbereichs IR-ON ist es, das quantisierte optische Verhalten von Nanostrukturen im Infrarot-bereich grundlegend zu erforschen und für praktische Anwendungen nutzbar zu machen. Basierend auf der breiten Expertise und Infrastruktur der beteiligten Forschungsinstitutionen werden im IR-ON Spezialforschungsbereich fünf verschiedene Themenfelder bearbeitet: (1) Die Herstellung von infrarot-aktiven Halbleiter-Nanostrukturen wie Quantenpunkte, Nano-kristalle und Nanodrähte basierend auf neuen Materialsystemen, (2) die Entwicklung neuer Analyseverfahren, insbesondere zur Untersuchung von Einzel-Nanostrukturen, (3) Infrarot- und THz-Spektroskopie zur Untersuchung der optischen und elektronischen Eigenschaften, sowie der grundlegenden Dynamik der optischen Prozesse, (4) Anwendung und Entwicklung von neuen theoretischen Methoden und Modellen zur Beschreibung der Nanostruktureigenschaften und Simulation von Bauelementen, und (5) die Entwicklung von neuartigen Infrarot- und THz-Nano-Bauelementen wie Quantenpunktlaser, Intersubband- und Quantenkaskadenlaser, Detektorarrays, sowie der Integration in photonische Strukturen zur Realisierung von Einzelphotonenquellen und zum Ansprechen von einzelnen Quantenstrukturen.
