Einzelne Lichtteilchen gezielt erzeugen, kontrollieren und auf einem Chip miteinander kombinieren: Das ist das Ziel des europäischen Forschungsprojekts On-chip Moiré Single-Photon Emitters – SINPHONI. Das von der Universität Oviedo koordinierte Projekt entwickelt dafür eine neue Generation von Einzelphotonenquellen auf Basis von Moiré-Supergittern in ultradünnen zweidimensionalen Materialien. Die Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Quantendynamik“ des Theoretikers [🔎] Ermin Malic von der Uni Marburg ist ein starker Partner im internationalen Konsortium und übernimmt die theoretische Modellierung der optischen Eigenschaften dieser Quantenlichtquellen. Das Projekt soll die wissenschaftlichen und technologischen Grundlagen für kompakte und skalierbare Einzelphotonenquellen schaffen. Rund 280.000 Euro erhält die AG Malic für ihren Beitrag.
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„Damit solche Einzelphotonenquellen zuverlässig funktionieren, müssen wir genau verstehen, wie ihre Materialeigenschaften die Emission einzelner Photonen bestimmen“, sagt Malic. „Wir entwickeln dafür mikroskopische Modelle, mit denen wir vorhersagen können, wie sich die Bildung und Emission von sogenannten Moiré-Exzitonen unter unterschiedlichen Bedingungen verändert.“ Die Exzitonen sind Elektron-Loch-Paare im Halbleitergitter, deren elektrodynamische Eigenschaften die Lichtaussendung bestimmen. Im Mittelpunkt steht insbesondere die Frage, wie sich Verspannung und Verdrehungswinkel der ultradünnen Materialschichten auf die entstehenden Moiré-Potenziale und damit auf die Einzelphotonenemission auswirken. Die Berechnungen sollen konkrete Vorgaben für die Herstellung und experimentelle Charakterisierung der Bauteile liefern und dabei helfen, Bedingungen für besonders stabile und effiziente Einzelphotonenquellen zu identifizieren.
Einzelphotonenquellen sind ein wichtiger Baustein künftiger Quantentechnologien. Sie können beispielsweise für die Quantenkommunikation und die Quanteninformationsverarbeitung eingesetzt werden, bei denen einzelne Photonen Informationen übertragen oder verarbeiten. Die neun europäischen Partner im Projekt SINPHONI wollen deshalb mehrere unabhängig steuerbare Emitter auf einem kompakten Chip zusammenführen, erste Quanteninformationsnetzwerke austesten und damit einen wichtigen Baustein für die Quantenkommunikation der Zukunft bereitstellen. [U Marburg / dre]
