Nichtlineare dynamische Manipulation von Terahertz-Wellen durch Supraleiter-Metall-Hybrid-Metasurfaces

• Antragstellerin: Dr. Siyu Duan
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 557566396

Obwohl festgestellt wurde, dass supraleitende Materialien bemerkenswerte nichtlineare Effekte im Terahertzband (THz) elektromagnetischer Wellen aufweisen, ist es experimentell nicht einfach, das erforderliche extrem starke elektrische THz-Feld zu erzeugen, und das Verständnis der nichtlinearen Reaktionen ist noch lange nicht geklärt. Die Anwendung dieser nichtlinearen Effekte birgt ein großes Potential für die Herstellung von THz-Geräten, welche noch erforscht werden muss. In diesem Projekt werde ich einen neuartigen Ansatz von Supraleiter-Metall-Hybrid-Metasurfaces verwenden, um eine nichtlineare und ultraschnelle dynamische Manipulation von Terahertz-Wellen zu erreichen. Insbesondere werde ich die Higgs-Mode oder die Josephson-Plasmonen-Mode von Supraleitern nutzen, indem ich hybride Supraleiter-Metall-Metasurfaces verwende, um neue physikalische Phänomene zu erforschen und funktionelle THz-Geräte zu entwickeln. Auf der Grundlage meiner früheren Forschungserfahrungen mit Metasurfaces und Supraleitern werde ich zwei Arten von hybriden Metasurfaces entwerfen und herstellen, um abstimmbare THz-Quellen bzw. ultraschnelle THz-Modulatoren zu entwickeln. Ich möchte mit den hybriden Metasurfaces neue nichtlineare physikalische Phänomene beobachten. Von denen Eines die Erzeugung von höheren harmonischen im nicht-perturbativen Bereich von s- und d-Wellen-Supraleitern ist. Das Andere ist wiederum die nichtlineare Kopplung zwischen der Higgs-Mode und der Josephson-Plasmonen-Mode im d-Wellen-Supraleiter. Diese nichtlinearen Reaktionen werden untersucht, indem zeitaufgelöste Terahertz-Spektroskopie mit einem Femtosekunden-Lasersystem aufgebaut und mit abstimmbaren kryogener Bedingungen kombiniert wird. Die vorgeschlagenen Studien zur Anregung und Modulation der Higgs-Mode und der Josephson-Plasmonenresonanz werden neue Erkenntnisse über die THz-Nichtlinearität in supraleitenden Materialien liefern, die aus dem thermischen Gleichgewicht gebracht werden und fruchtbare Einblicke in das Verständnis der Supraleitung und nichtlinearer optischer Effekte liefern. Außerdem können die entwickelten hybriden Metasurfaces die Entwicklung von THz-Geräten für potentielle Anwendungen fördern.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle