Diamant-Nanophotonik

Im Joint Lab Diamond Nanophotonics (DNP) forschen wir an neuartigen Konzepten, mit denen wir Farbzentren in Diamant implementieren. Dazu stellen wir Nano- und Mikrostrukturen aus Diamant her, die Licht auf der Nano- und Mikroskala leiten, fangen und manipulieren können. Die Anwendungen dafür liegen in der Quanteninformationsverarbeitung und der Quantensensorik.

Dabei wollen wir eine kontrollierbare Licht-Materie-Wechselwirkung erreichen, um Quantenspeicher in Diamant effizient an einzelne Lichtteilchen (Photonen) zu koppeln. Diese sollen dann wiederum effizient in Lichtleitfasern eingekoppelt werden. In unserem Lab untersuchen und fabrizieren wir dazu nanophotonische Strukturen in Diamant und verbinden sie mit anderen lichtleitenden Materialien, die bereits heute zuverlässig hergestellt und bearbeitet werden können. Langfristig sollen kompakte On-Chip-Module für Quantenkommunikation und -computing entwickelt werden - ein entscheidender Schritt in Richtung Quanteninformationsverarbeitung, die auf optisch aktiven Festkörpermaterialien basiert. Die Grundlage dafür bilden Quantennetzwerke aus Defektzentren, die mit hohen Raten skalierbar verschränkt werden. Im ersten Schritt arbeiten wir daran, Verschränkungsoperationen von Diamant-Defektzentren in integrierten nanophotonischen Strukturen zu demonstrieren.

Quantensensoren im Bereich der Magnetometrie basieren auf der Wechselwirkung von Magnetfeldern mit den Spinzuständen der Farbzentren. Mit derartigen Magnetometern können Sensitivitäten von einigen zehn pT sqrt(Hz)^-1 erreicht werden (Clevenson et al., 2015). Wir erforschen insbesondere die Miniaturisierung dieser Sensoren bei gleichzeitigem Erhalt der Sensitivität.