SFB 1375: Nichtlineare Optik bis hin zu atomaren Skalen
Coordinator
Professorin Dr. Stefanie Gräfe ; Professor Dr. Ulf Peschel
Grant period
2019 -
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)398816777
Note: Die Wechselwirkung von Licht mit Materie skaliert oft linear mit der einfallenden Lichtintensität. Die im Medium ablaufenden Prozesse lassen sich oft perturbativ mit einem klassischen, räumlich homogenen Feld in linearer Antwort beschreiben. Für das Licht wird die Wechselwirkung mit einem effektiven Medium beschrieben. Diese Ansätze können jedoch nicht herangezogen werden, wenn es um atomare Skalen geht: (i) bei räumlichen Dimensionen des Systems, die sich der atomaren Skala annähern, wie es zum Beispiel bei niedrigdimensionalen und nanoskaligen Strukturen der Fall ist, versagt die Beschreibung eines effektiven Mediums; (ii) bei höheren Lichtintensitäten treten nichtlinear optische Prozesse auf; und (iii) Prozesse, die die Erzeugung oder Wechselwirkung mit einzelnen Photonen beinhalten, können nicht linear beschrieben werden. Das Ziel von NOA ist die Erforschung grundlegender nichtlinearer optischer Prozesse der Licht-Materie-Wechselwirkung bis hinunter zu atomaren Skalen. Um dieses Ziel zu erreichen, kombiniert NOA theoretische Forschung in Bereich A mit experimenteller Forschung, die sich auf nichtlineare optische Prozesse in niedrigdimensionalen und nanoskaligen Strukturen, nichtlineare Wellenmischung und nichtlineare optische Einzelphotonen-Prozesse in den Bereichen B und C konzentriert. In der ersten Förderphase wurden theoretische Methoden, Verfahren und numerische Schemata entwickelt und angewendet (Bereich A). Auf der experimentellen Seite standen zweidimensionale Systeme wie kristalline 2D-Materialien (Bereich B), aber auch niederdimensionale Systeme wie Nanodrähte, nanoskalige Spitzen, Nanopartikel oder Quantenpunkte (Bereich C) und deren nichtlineare Wechselwirkung mit Licht im Fokus.Nachdem diese Systeme einzeln analysiert und beschrieben wurden, wird NOA in der zweiten Förderphase Systeme mit gemischter Dimensionalität untersuchen: Dazu gehören chemisch oder elektronisch lokal modifizierte Nanodrähte oder -folien, an 2D-Materialien angebrachte Nanodrähte, lokale Punktdefekte und/oder Einzelphotonenemitter in 2D-Materialien oder atomar dünn geschichteten Materialien mit dem Ziel, die nichtlinearen optischen Antwort maßzuschneidern. Unter Einbeziehung neuer Forschungsaktivitäten auf dem Gebiet der Quantenoptik in Jena wird NOA in der zweiten Förderphase zwei neue Projekte zur Untersuchung nichtlinear optischer Prozesse bis hinunter zur Einzelphotonenskala aufnehmen. Darüber hinaus wird NOA durch ein neues Projekt zur Wissenschaftskommunikation bereichert, das darauf abzielt, ein attraktives didaktisches Konzept sowohl für das allgemeine Publikum als auch für Schüler zu entwickeln. Dabei wird das Deutsche Optische Museum eine einzigartige Umgebung für die Wissenschaftskommunikation von NOA bieten. Mit diesem kombinierten Ansatz wird NOA in der Lage sein, neue Paradigmen für die nichtlineare Optik bis hinunter zu atomaren Maßstäben zu etablieren, und dies nicht nur im Hinblick auf Grundlagenphysik, sondern auch auf Anwendungen.
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