Heliumfreier Kryostat mit 12 T Magnet und Einsatz für konfokale optische Messungen

Beantragt wird ein optischer Aufbau zur Messung der ortsaufgelösten resonanten Fluoreszenz. Das Großgerät soll genutzt werden, um die Vielseitigkeit von Quantenpunkten und Einzelphotonen-Emittern in 2D-Materialien als grundlegende Bausteine in zukünftigen Quantennetzwerken zu erforschen. Für die Realisierung einer robusten Spin-Photonen-Schnittstelle müssen sowohl die optischen Eigenschaften einer Einzelphotonenquelle als auch die elektrische Adressierbarkeit des Spins untersucht und verstanden werden. Zu diesem Zweck werden zeitaufgelöste, hochauflösende optische Messungen (gamma-Photolumineszenz, differentielle Reflexion und Resonanzfluoreszenz) mit elektrischen Transportmessungen von Quantenpunkten und Einzelphotonen-Emittern in zweidimensionalen Materialien kombiniert. Es werden skalierbare Quantenpunkt-Bauelemente mit exzellenter Kontrolle über die Tunnelkopplung und ihre Energieniveaus entwickelt. Das Niveauschema in dieser neuen Art von Quantenpunkten wird untersucht, und wichtige Limitierungen für Quantenoperationen, wie die Lebensdauern und Kohärenzzeiten von Spin- und Valley-Zuständen, werden gemessen. Weiterhin wird die Einzelphotonenemission sowie die Adressierbarkeit spinselektiver, optischer Übergänge und deren Eignung zur Quantenzustandspräparation charakterisiert. Schlussendlich wird ein Prototyp eines Spin-Photon-Interface realisiert, indem die optische Initialisierung und das Auslesen von Spin- oder Valley-Zuständen über einen optischen Raman-Prozess in den verwendeten Quantenpunkten demonstriert werden. Dieses Großforschungsinstrument wurde entwickelt, um diese anspruchsvollen Messmöglichkeiten zu realisieren. Ein Kryostat mit einer Basistemperatur von 2 K und Magnetfeldern von 12 T wird benötigt. Ein Magnetfeld von 12 T bei 2 K ermöglicht die Untersuchung der verschiedenen Spinzustände in einem Quantenpunkt mit hoher Genauigkeit. Teil des Kryostats ist ein Einsatz für konfokale Messungen, der hochauflösende optische Studien an Einzelphotonen-Emittern in 2D-Materialien über ein gekühltes Mikroskopobjektiv und Tieftemperatur-Piezoaktoren ermöglicht. Das Großgerät wird für die Fortführung eines bereits laufenden Projektes im Exzellenzcluster ML4Q und der Graduiertenschule TIDE benötigt und soll in einem geplanten Teilprojekt eines SFBs, zukünftigen DFG-Einzelanträgen und einem angestrebten ERC Starting Grant eingesetzt werden.

DFG-Verfahren Forschungsgroßgeräte

Großgeräte Geschlossener heliumfreier Kryostat mit 12 T Magnet und Einsatz für konfokale optische Messungen

Gerätegruppe 8550 Spezielle Kryostaten (für tiefste Temperaturen)

Antragstellende Institution Universität zu Köln

Leiterin Professorin Dr. Annika Kurzmann