Quantenemitter in Diamant
Optisch aktive Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) in Diamanten haben sich in den letzten Jahren als gut kontrollierbare, künstliche Atome in Festkörpern etabliert. Sie eignen sich insbesondere zur Messung von Quanteneffekten und erlauben so hochpräzise Messungen. Wir sind daher neben der Quantenmetrologie mit NV-Zentren auch am besseren Verständnis der Stickstoff-Fehlstelle im Diamant-Festkörper interessiert.
Untersuchung magnetischer Eigenschaften von Spin-Crossover Komplexen
In diesem Projekt untersuchen wir die temperaturabhängigen magnetischen Eigenschaften von Spin-Crossover Komplexen (SCO). Zur Messung der fluktuierenden Magnetfeldern werden NV-Zentren als Quantensensoren eingesetzt. Hierfür werden die SCO-Komplexe auf eine Diamantoberfläche aufgebracht und mittels verschiedener Relaxometrietechniken strukturelle Veränderungen im Material detektiert.
Verbesserung der Genauigkeit der Magnetometrie mit NV-Zentren durch analytische Formeln und Anpassungsmodelle
In diesem Projekt wollen wir die experimentelle Genauigkeit von Magnetfeldmessungen mit NV-Zentren durch analytische Formeln verbessern. Hierbei leiten wir eine exakte Formel zur Berechnung der Resonanzfrequenzen aus einem bekannten Magnetfeld und umgekehrt ab.
Entwicklung eines faserbasierten endoskopischen NV basierter Sensor zur Magnetfeldmessung
In diesem Projekt haben wir einen Sensor entwickelt, mit dem wir hochauflösende, vektorielle Magnetfelder messen können. Hierfür befindet sich ein NV-dotierter Nanodiamant direkt auf der Spitze des Sensorkopfes. Neben dem Diamanten befindet sich eine lasergeschriebene Antennenstruktur zur Anregung des NV-Zentrums während der Messungen. Für die Fertigung der Antennenstruktur nutzen wir additive Fertigungstechniken wie direktes Laserschreiben von Polymerstrukturen sowie von Silberlacken.
Deterministische Positionierung von NV-Zentren in Wellenleiterstrukturen
In diesem Projekt wollen wir NV-Zentren mittels einer optischen Pinzette deterministisch in einer Wellenleiterstruktur positionieren. Hierzu soll eine optische Pinzette in das direkte Laserschreibsystem integriert werden, um bereits während des Fertigungsprozesses der Wellenleiterstrukturen die Nanodiamanten zu platzieren.
Kollektive Effekte
Schwarmverhalten, wie wir es etwa von Vögeln und Fischen kennen zeigt sich auch in der Quantenwelt. Ziel unserer Forschung ist es, dieses kooperative Verhalten von Quantenensemblen zu verstehen und für zukünftige Anwendungen nutzbar zu machen.
In Nanodiamanten mit einer hohen Anzahl an NV-Zentren sind Quantenemitter in einem Volumen kleiner als ihre Emissionswellenlänge eingeschlossen. In diesem Fall kann das System als kohärentes Quantenensemble beschrieben werden und es kommt zur beschleunigten kollektiven spontanen Photoemission eines makroskopischen Dipols, welche auch Superradianz genannt wird. Dabei verringert sich die Fluoreszenzlebenszeit und die zugrunde liegende Photonenstatistik.
Unsere Forschung in diese Richtung zielt darauf ab, dieses kollektive Verhalten in verschiedenen Systemgrößen zu charakterisieren und die Skalierbarkeit von solch kollektiven Quanteneffekten zu untersuchen. Dazu nutzen wir verschiedene Agglomerate von Nanodiamanten und detektieren die Photoemission von verschieden großen NV-Ensemblen. Die quantenoptischen Observablen sind dabei die Fluoreszenzlebenszeit und die Photonenkorrelationsfunktion zweiter Ordnung.
Unsere bisherigen Ergebnisse zeigen eine erhöhte spontane Photoemission und die erwartete Änderung der Photonenstatistik. Dabei zeigt unsere quantitative Analyse, dass kollektive Effekte mit der Systemgröße insgesamt ansteigen, aber dieses kollektive Verhalten nur in kleineren Domänen beobachtet wird.
