Institute an der TU Braunschweig:
Institut für Angewandte Physik
Institut für Mathematische Physik
Wir untersuchen die Struktur von Atomen und Molekülen, ihre Wechselwirkung mit elektromagnetischer Strahlung sowie ihre Stöße. Diese Forschungen ermöglichen uns ein besseres Verständnis der grundlegenden Bausteine der Materie, und haben darüber hinaus Auswirkungen auf viele Bereiche der modernen Wissenschaft und Technik. Insbesondere die experimentellen und theoretischen Analysen von Atomen und Molekülen sind wesentlich für die Entwicklung einer neuen Generation von Atomuhren, die Entwicklung neuartiger Quantendetektoren und Materialen, und sogar für die Suche nach einer neuen Physik jenseits des Standardmodells.
Für Strukturen mit einer Größe auf der Skala weniger Atome werden Quanteneffekte dominant. Durch gezielte Herstellung solcher Strukturen können wir diese Quanteneffekte gezielt steuern und ihre Eigenschaften untersuchen. Uns interessiert dabei insbesondere die Emission von Licht, das selbst auch wieder Quanteneigenschaften zeigen kann. Die beobachteten Phänomene reichen von einer Kontrolle der Lichtwellenlänge über eine Erhöhung der Effizienz der Lichtemission bis hin zur Beobachtung einzelner Lichtquanten.
Nanostrukturen mit Abmessungen kleiner als die Wellenlänge des Lichtes ermöglichen eine Vielzahl an Effekten der Licht-Materie-Wechselwirkung, die in makroskopischen Systemen nicht zugänglich sind. Dabei spielen neben der Physik der Lichtfelder an sich Materialeigenschaften und Struktureigenschaften auf der Nanoskala eine große Rolle. Wir untersuchen experimentell und theoretisch, wie photonische Nanostrukturen für Anwendungen in der in der Sensorik und Quantenphysik genutzt werden können, z.B. zur Messung von Gravitationswellensignalen vom Urknall und zur Entwicklung von Quantencomputern.
AG Kroker
Für die Realisierung nanotechnologischer Anwendungen, insbesondere der Miniaturisierung von Bauelementen, ist die Untersuchungen fundamentaler Eigenschaften nanoskopischer Systeme bis hinunter in den atomaren Bereich Grundvoraussetzung. Schon jetzt gibt es Bauelemente auf Größenskalen, bei denen die Position einzelner Atome Einfluss auf deren Leistungsfähigkeit hat. Durch direkte Korrelation zwischen Struktur und elektronischen und optischen Eigenschaften widmen wir uns dieser Thematik.
sind das Resultat der quantenmechanischen Verschränkung der zahllos vielen Elektronen, Ionen und Spins in besonderen Klassen fester Körper unter dem Einfluss der allgegenwärtigen Coulombkräfte. Sie zeigen Eigenschaften die nur im Kollektiv entstehen und haben Potential sowohl in der Anwendung, von alternativer Elektronik bis hin zu Quantencomputern, als auch in der Grundlagenforschung, von stark wechselwirkenden Vielteilchensystemen bis hin zu neuartigen Quantenordnungen der Materie. Gemeinsam, in Experiment und Theorie erforschen wir Quantenmaterialien, die von unkonventionellen Supraleitern, schweren Fermionen, und niedrigdimensionalen Systemen, bis hin zu exotischen Magneten, Spinflüssigkeiten und topologischer Materie reichen.
Quantentransport beschreibt das Verhalten von Ladung, Magnetisierung und Energie unter dem Einfluss von Gradienten elektromagnetischer Potentiale, der Temperatur oder der Teilchendichte. Bei tiefen Temperaturen werden die Quanteneigenschaften der Materie wichtig und die Transportgleichungen, wie das Ohmsche Gesetz, werden durch die Quantenmechanik modifiziert. Gewisse Transportphänomene, wie der Hall Effekt, erfahren dramatische Veränderungen durch die Quantenphysik, die universeller Natur sind und deshalb auch einen metrologischen Charakter haben. Darüber hinaus kann Quantentransport auch verwendet werden, um Eigenschaften der kondensierten Materie zu untersuchen. Dies beinhaltet auch Eigenschaften von Quasiteilchen, die als Quantenbits für zukünftige Quanteninformationsverarbeitung genutzt werden können. Wir untersuchen Quantentransport im Experiment wie auch in der Theoretischen Physik.