Elektrisch kontrollierte Photonenkondensate in III/V-Halbleiter-Heterostrukturen

Seit Wissenschaftler zum ersten Mal Bose-Einstein-Kondensate in kalten Atomen erzeugt haben, wurden weitere Plattformen entwickelt, die diesen Übergang ebenfalls zeigen. Dazu gehören z. B. thermisierte Photonen in Farbstofflösungen, die 2010 in optischen Resonatoren beobachtet wurden. Die Thermalisierung der Photonen ermöglicht die direkte Abkühlung der Kondensate zu mikrostrukturierten Potentialen. Was noch fehlt, ist die Fähigkeit, mehrere dieser Kondensate dynamisch zu kontrollieren und miteinander zu koppeln. Dies wäre wichtig, um sie auf unterschiedliche Weise für die Quantentechnologie nutzen zu können.

In diesem Projekt wollen wir räumlich strukturierte Halbleiterchips als Plattform für die Kondensate etablieren. Dazu verwenden wir Halbleiter-Quantentopfstrukturen als aktives Medium auf einem hochreflektierenden Bragg-Spiegel. Der laterale Einschluss der Photonen wird entweder durch die Formgebung des Spiegels oder durch die Strukturierung der Halbleiteroberfläche erreicht. Die Kopplung zwischen benachbarten Kondensaten wird piezoelektrisch gesteuert, wodurch sich die Tunnelraten zwischen ihnen verändern lassen. Wir werden diese Technik zum Beispiel zur Simulation dynamischer Eichfelder für Photonen verwenden. Zusammen mit den besonderen thermodynamischen Gleichgewichtseigenschaften der Photonenkondensate bietet unsere geplante einzigartige Festkörperchip-Plattform eine skalierbare Architektur für Quantensimulationen. Dies wird die photonische Simulation komplexer physikalischer Phänomene wie des Quanten-Hall-Effekts ermöglichen.

Offene Doktorandenstelle im Zusammenhang mit diesem Projekt.

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