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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 Halbeiternanostrukturen 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.

Nano Materials
Nano Fabrication & Devices
Nano Optics
Nano Diamond

Her­aus­ra­gen­de ak­tu­el­le Re­sul­ta­te

1.5 µm Quan­ten­punkt-La­ser zei­gen neu­en Re­kord­wert in der di­gi­ta­len Mo­du­la­ti­ons­ra­te

Ul­tra-schmal­ban­di­ge Emis­si­ons­li­ni­en­brei­te von 110 kHz für ei­nen 1.5 µm Quan­ten­punkt La­ser mit ver­teil­tem Rück­kopp­lungs­git­ter

Shi­ne on your dia­monds: Er­folg­rei­ches Auf­brin­gen von Phtha­lo­cya­ni­nen auf na­no­kris­tal­li­nem Dia­man­to­ber­flä­che

Ein­bin­dung von SiV Zen­tren in Dia­mant­na­no­säu­len

Schnel­le und star­ke An­hef­tung von zir­ka­dia­nen Schritt­ma­cher­n­eu­ro­nen auf mo­di­fi­zier­ten ul­tra­na­no­kris­tal­li­nen Dia­mant­fil­men