DFG-Sachbeihilfe: Three-Dimensional Quantum Photonic Elements Based on Single Emitters in Laserwritten Microstructures for Efficient Non-Classical Light Generation and Ultra-Sensitive Optical Nanomagnetometry

Das Ziel des Projektes ist es, zwei wesentliche Funktionen neuartiger dreidimensionaler nanophotonischer Strukturen zu demonstrieren, n?mlich die effiziente Erzeugung von nicht-klassischem Licht und die ultra-sensitive Nanomagnetometrie. Der vielseitige Ansatz nutzt Farbzentren in Nanodiamanten als einzelne stabile Quantensysteme in Kombination mit dielektrischen und metallischen Nanostrukturen, die mittels gezieltem direktem Laserschreiben hergestellt werden. Das Stickstoff-Fehlstellen-Farbzentrum dient einerseits als eine Quelle für einzelne Photonen. Auf der anderen Seite kann der Zustand seines Elektronenspins optisch ausgelesen werden, um lokale Magnetfeldmessungen mit hoher Sensitivit?t und einer Ortsaufl?sung im Nanometerbereich durchzuführen. Das Projekt führt erstmals eine verl?ssliche und kostengünstige Fabrikationsmethode für nahezu beliebige quantenphotonische Strukturen ein. Die Methode l?sst sich leicht umsetzten und erfordert keine aufw?ndigen Reinraumbedingungen. Gegenüber bisherigen etablierten Ans?tzen, die von Membranen oder Schichten ausgehen und die auf zwei Dimensionen beschr?nkt sind, k?nnen echte dreidimensionale Strukturen, die auf der fundamentalen Basis einzelner Photonen und einzelner Spins arbeiten, realisiert werden. Darüber hinaus sollen erstmals verschiedene Funktionen in einer gemeinsamen Plattform integriert werden. Beispiele sind die plasmonisch verst?rkte Lichtsammlung zur verbesserten optischen Spinmessung oder die Integration von einem Einzelspinmagnetometer in einer Flüssigkeitszelle. Im Projekt werden zwei Gruppen mit komplement?rer Expertise zusammen arbeiten. Die Gruppe der Humboldt-Universit?t zu Berlin bringt langj?hrige Erfahrung auf dem Gebiet der Quantenoptik integrierter Nanosysteme und der Physik von Einzelphotonen ein, w?hrend die Gruppe des Karlsruhe Instituts für Technologie zu den Pionieren der Nanophotonik und des direkten Laserschreibens z?hlt.