Quantenoptische Phänomene in magnetoelektrischen Kristallen

01.01.2021 - 31.12.2022
Forschungsförderungsprojekt

Seit Star Wars sind Laser aus Sci-Fi-Filmen und in letzter Zeit auch aus alltäglichen Anwendungen wie DVD-Playern und Laserpointern bekannt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtquellen erzeugen Laser einen kohärenten Lichtstrahl, der durch eine einzige Wellenlänge und eine einzige Wellenfunktion von Position und Zeit beschrieben werden kann. Das Lasermedium befindet sich zwischen einem Spiegelpaar, einem sogenannten optischen Hohlraumresonator. Die Hohlraumlänge wählt den einzig möglichen Lichtmodus aus, der die Wellenlänge des Ausgangsstrahls bestimmt.

Laser reagieren jedoch empfindlich auf kleine Änderungen in der Länge des optischen Hohlraumresonators, was ihre Verwendung in hochpräzisen Anwendungen wie Atomuhren einschränkt. Dieser Nachteil wird in der Quantenoptik überwunden. Das Phasengedächtnis des Systems wird im kollektiven Quantenzustand des Lasermaterials und nicht in den geometrischen Parametern des Resonators gespeichert. Der kollektive Zustand des Materials garantiert die hohe Stabilität des Laserstrahls, wenn er von der Umgebung isoliert ist. Die experimentellen Realisierungen solcher Systeme arbeiten typischerweise nahe dem absoluten Temperaturnullpunkt, was ihre Untersuchung einschränkt und praktische Anwendungen unmöglich macht.

In unserem Projekt planen wir, quantenoptische Effekte bei routinemäßig zugänglichen Standardlabortemperaturen zu realisieren. Unabhängige auf- oder abwärts gerichtete magnetische Momente (Spins) von Seltenerdmetall-Ionen ergeben das Ensemble der Zwei-Zustands-Quantensysteme unserer Studie. Die Welle, die sie verbindet, wird durch die Schwingungen (Spinwellen) der sie umgebenden geordneten magnetischen Eisenmomente erzeugt. Daher konzentrieren wir uns auf die Realisierung der magnetischen Alternative der konventionellen Quantenoptik im elektrischen Bereich. Neben der fundamentalen Neuheit sind die wichtigsten praktischen Vorteile unseres Ansatzes die höheren, leicht zugänglichen charakteristischen Temperaturen, und, aufgrund der längeren Wellenlänge der Spinwellen, die Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Änderungen der Probengröße.

Personen

Projektleiter_in

Institut

Förderungsmittel

  • Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) (National) 1000-Ideen-Programm Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung (FWF) Fördergeber Typ Forschungsförderungsinstitutionen

Forschungsschwerpunkte

  • Quantum Physics and Quantum Technologies
  • Materials and Matter