Helikale 3D Nanostrukturen – kooperative und anisotrope Elektronik und Optik im PT-brechendem Regime

Helixsysteme wie (Nano-)Helices brechen die Paritätsumkehrsymmetrie (P). Sie repräsentieren nichtlineare Systeme mit elektromagnetischen Antwortfunktionen, die von einem Magnetfeldvektor abhängen (Brechung Zeitumkehrsymmetrie T). Das heißt, ihre Antwortfunktion weist eine räumliche Dispersion und eine (magnetische) Anisotropie auf. Folglich sind die elektronischen und optischen Eigenschaften chiraler (P-brechender) Systeme in Magnetfeldern nichtlinear und anisotrop.
Des Weiteren können derartige Strukturen prinzipiell neuartige feldgesteuerte Übergänge von Metall zu Isolator und (topologische) Ladungsordnungseffekte aufweisen. Sie sind Prototypen von quantenoptischen Systemen zur Frequenzverdopplung, zur Erzeugung verschränkter Quantenzustände und stellen ebenfalls ein photonisch topologisches Material dar. Im Anwendungsbereich sind derartige Strukturen z.B. einsetzbar als optische Isolatoren oder negative-refractive-index Material.
Interessanterweise kann die Physik solcher helikalen Systeme (zumindest teilweise) auf dieselbe Physik anderer PT-verletzender Systeme abgebildet werden: beispielsweise auf chirale Weyl-Fermionen, die einem elektromagnetischen Feld ausgesetzt sind, oder auf Phänomene in der Axion -Elektrodynamik.
Wir wachsen Nanohelix-Systeme aus verschiedenen Materialien (Ge, Si, Ni, Ag) und erreichen charakteristische Strukturparameter < 100 nm, welche die Nanohelix-Systeme in das Quantenregime führen. Die Eigenschaften der Nanohelix-Systeme untersuchen wir in Hinsicht auf Konsequenzen aus der PT-Brechung und den quanten-kooperativen Eigenschaften mittels elektrischen Transport und optischer Methoden.

Projekte

Wir erforschen quantenkooperative Effekte in der linearen und nichtlinearen optischen Antwort von helikalen Metafilmen. Durch Variation der Charakteristika der Metafilme sollen unter anderem hohe Werte der nichtlinearen Suszeptibilität zweiter Ordnung erreicht werden. Diese soll dazu genutzt werden, um verschränkte Photonenpaare durch spontane parametrische Fluoreszenz zu erzeugen. Ferner sollen die Metafilmeigenschaften räumlich moduliert werden, wodurch die Verschränkung der Photonenpaare, auc…

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Beteiligte Wissenschaftler

Publikationen