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INA, Technische Physik
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Das Fachgebiet Technische Physik beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von nanostrukturierten Materialien und deren Anwendung in neuartigen Bauelementen. Ein Schwerpunkt liegt hierbei auf Halbleiternanostrukturen und optoelektronischen sowie nanophotonischen Bauelementen, die sowohl im Bereich der klassischen optischen Kommunikation als auch in der Quanteninformationsverarbeitung bzw. -kommunikation zum Einsatz kommen.
Für die Herstellung von nanostrukturierten Materialien kommen sowohl der "top-down"-Ansatz (d.h., makoskopische Materialien werden mit hochauflösenden Lithographiemethoden und Ätzverfahren auf nanoskalige Dimensionen gebracht), als auch der "bottom-up"-Ansatz zum Einsatz (d.h., Nanostrukturen entwickeln sich selbst durch Selbstorganisationseffekte aus atomaren oder molekularen Bausteinen). Dabei werden neue Herstellungsverfahren entwickelt und deren quantenmechanischen Effekte, als auch deren Auswirkungen auf makroskopische Material- und Bauelementeigenschaften untersucht.
Ein Beispiel dazu sind Halbleiterquantenpunkte, deren optische Eigenschaften studiert werden in Abhängigkeit von geometrischen Eigenschaften. Halbleiterquantenpunkte hoher Dichte und angepasster geometrischer Größen werden andererseits eingesetzt in Halbleiterlasern, um spezielle Materialeigenschaften, wie z.B. die spekrale optische Verstärkung durch sogenanntes "gain engineering" für bestimmte Anwendungen zu optimieren. Man kann durch den gezielten Einsatz nanoskaliger Materialien Bauelementeigenschaften erzielen, die mit herkömlichen Materialien nicht erreichbar sind.
Im Bereich der Quanteninformationsverarbeitung kommen unterschiedliche Materialsysteme zum Einsatz. Zum Einen werden ebenfalls Halbleiterquantenpunktstrukturen verwendet, die aber häufig in optischen Mikro- bzw. Nanokavitäten integriert werden zur drastischen Erhöhung der Licht-Materiewechselwirkung. Damit gelingt es Interaktionen auch von einzelnen Ladungsträgern mit einzelnen Photonen zu ermöglichen und zu kontrollieren. Zum Anderen werden verstärkt Farbzentren in nanokristallinen Diamantstrukturen verwendet, um insbesondere deren hervoragende Langzeitstabilität für einen in einem Festkörpersystem eingebauten Quantenzustand zu nutzen.
Das Fachgebiet ist zudem sehr interdisziplinär ausgerichtet und arbeitet eng zusammen auch mit Gruppen aus den Ingenieurwissenschaften, der Biologie bzw. Chemie an Fragestellungen, deren Ursprung sich aus diesen Fachdisziplinen ergeben, wie z.B. die Entwicklung neuer Sensorsysteme auf der Basis von nanostrukturierten Halbleitermaterialien, die spezifische Imobilisierung von Einzelmolekülen auf funktionalisierten Diamantoberflächen bzw. die Realisierung von elektrisch-biologischen Schnittstellen mit Nervenzellen.
Eine thematische Übersicht ist in einem Übersichtsposter dargestellt.
Forschungsgruppen
Das Fachgebiet gliedert sich in vier Forschungsgruppen, die sich jeweils auf einen bestimmten Forschungschwerpunkt konzentrieren.
Herausragende aktuelle Resultate
Temperaturstabile 1.5 µm Quantenpunkt-Laser mit hoher Modulationsbandbreite
Schmalbandiger weit abstimmbarer Quantenpunkt Laser-Chip
Deterministische Arrays epitaktisch gewachsener Diamant-Nanopyramiden mit eingebetteten Silizium-Fehlstellen Farbzentren
Mehr Infos unter:
J. Tzach et al., Advanced Optical Materials 7, 1800715 (2019).
Antimicrobielle Eigenschaften von ultrananokristallinen Diamantschichten mit eingebetteten Silber-Nanodroplets
Mehr Infos unter:
D. Merker et al., Diamond and Related Materials 93, 168 (2019)
Herstellung von Nanosäulen auf Nanokristallinen Diamantmembranen für die Inkorporation von Farbzentren
Mehr Infos unter: