Einzelne nanoskopische Emitter in Halbleitern

Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts "Demonstration of superradiance in a semiconductor nanostructure" (SUPERRAD) setzten sich ambitionierte Wissenschaftler zum Ziel, quantenmechanische Wechselwirkungen zu erforschen. Obwohl die Gerätekosten enorm und hochreine Proben nicht verfügbar waren, konnte das Team bis zum Ende des Projekts erstklassige Ergebnisse erzielen.

Das Projekt war auf kohärente nichtlineare Spektroskopie ausgerichtet, und mit den bahnbrechenden Ergebnissen hinsichtlich einzelner Emitter in Feststoffen wurden neue technologische Maßstäbe gesetzt.

Die Wissenschaftler entwickelten ein neuartiges Spektroskopieverfahren, bei dem kurze optische Impulse aus drei Strahlen angewendet werden. Die Impulse erzeugen mit ihrer Resonanz eine nichtlineare Reaktion bei einzelnen Exzitonen (dipolaren Momenten, die durch ein Elektronen-Loch-Paar verursacht werden) in stark beschränkten Quantenpunkten. Der Aufbau ist deutlich leistungsfähiger als die vorherige Generation und war bis vor Kurzem weltweit in nur einem Labor verfügbar.

Mit diesem Aufbau führte das Team bahnbrechende Experimente mit einzelnen Exzitonen durch und wendete dabei Protokolle für Vier-Wellen-Mischung und Sechs-Wellen-Mischung an, bei denen die Wechselwirkungen zwischen vier bzw. sechs kohärenten optischen Feldern genutzt werden. Die Forscher konnten die Rückgewinnungseffizienz kohärenter Reaktionen von einzelnen Quantenpunkten in Halbleitern drastisch verbessern. Da Quantendatenverarbeitung auf kohärentem und reversiblem Mapping der Interaktionen zwischen Licht und Materie beruht, ist dies von hoher Bedeutung.

Die Projektergebnisse wurden durch zahlreiche Publikationen in renommierten von Experten geprüften Fachzeitschriften verbreitet, darunter "Nature Materials", "Nature Communications" und "Nature Photonics". Das Verfahren ermöglicht die Untersuchung verschiedener Materialien und Verhaltensweisen, darunter die räumliche Ausbreitung von Kohärenz, und hat die Projektleitung als auf diesem Gebiet führende Persönlichkeit etabliert.