Vernetzung als Erfolgsfaktor
FAU LMQ fördert gemeinsame Projekte zwischen Erlangen, Mainz und Kaiserslautern
In der Wissenschaft ist der Austausch von Ideen und Ressourcen zwischen Forschenden nicht nur verschiedener Disziplinen, sondern auch über Regionen- und Landesgrenzen hinaus, die Grundlage für Fortschritt und Innovation. Aus diesem Grund fördert das FAU Profilzentrum Licht.Matter.QuantumTechnologies (FAU LMQ) mehrere erfolgversprechende Projekte zwischen Mitgliedern des FAU LMQ und Forschenden der Johannes-Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Im Fokus aller Projekte steht die Integration von quantenmechanischen und klassischen Prozessen von Licht, Materie und Spin in neue Architekturen. Auf struktureller Ebene wird dies durch die enge Verknüpfung des FAU LMQ mit dem Spitzenforschungsbereich TopDyn (Dynamik und Topologie) der JGU und der RPTU verstärkt. Derzeit arbeiten Forschende der drei Universitäten in folgenden vier Projekten zusammen:
Das Projekt „Investigating near-field interactions and spin-dynamics in a diamond-2D material hybrid system“ verbindet Janina Maultzsch von der FAU und Elke Neu-Ruffing von der RPTU. Ziel des Projekts ist es, die Wechselwirkung zwischen optischen Anregungen in zweidimensionalen (2D) Schichten und Stickstoff-Fehlstellen-Zentren (NV-Zentren) in Diamantstrukturen zu verstehen, die das Potenzial als hoch kontrollierbare Quantensensoren haben. Die Forscherinnen planen, 2D-Heterostrukturen auf Diamantbasis zu bilden und die Nahfeldkopplung an NV-Zentren sowie die Spindynamik in diesen hybriden Systemen zu untersuchen. Das Zusammenspiel zwischen klassischer Funktionalisierung der 2D-Schicht und den Quanteneigenschaften des NV-Zentrums bildet die Grundlage für neue quantenklassische Funktionalitäten, beispielsweise in optimierten Quantensensorsystemen.
Das zweite Projekt zielt auf den Aufbau eines Joint Labs zwischen den Gruppen von Joachim von Zanthier an der FAU und Ferdinand Schmidt-Kaler an der JGU ab. Wissenschaftlich untersuchen sie die kollektive spontane Emission korrelierter Atome aus fundamentaler Sicht; Diese Technik kann jedoch auch für neue Ansätze zur Bildgebung von Quanten- oder klassischen Quellen eingesetzt werden. Dazu werden die ursprünglich vollständig angeregten Atome durch Messung von Photonen im Fernfeld in korrelierte Zustände gebracht und anschließend die Eigenschaften der Emission untersucht. Die Vision des Joint Labs besteht darin, dass es gleichzeitig von Mitarbeitern an beiden Standorten betrieben werden kann. Basierend auf diesem Projekt werden wesentliche Elemente einer künftigen gemeinsamen virtuellen Infrastruktur für Nutzer in Erlangen, Mainz und Kaiserslautern demonstriert und allen externen Nutzern zugänglich gemacht.
Das Projekt „SiC as a quantum – classical hybrid platform: from classical control of chiral spin structures to quantum detection (SiCQ)“ stellt eine Verbindung zwischen Heiko B. Weber von der FAU und Mathias Kläui von der JGU her. Es soll ein rätselhaftes Phänomen der Festkörperphysik aufklären: das Wechselspiel zwischen chiralen Molekülen und Spin-Ungleichgewichten. Während es Hinweise darauf gibt, dass molekulare Filme Spinströme erzeugen und/oder die magnetischen Eigenschaften benachbarter Oberflächen beeinflussen, soll dieses Projekt klären, wie und warum die Wechselwirkung zustande kommt. Es konzentriert sich auf Experimente, bei denen beide Komponenten bis zum Kontakt mit Sub-Angström-Auflösung angenähert werden und das sich entwickelnde Zusammenspiel von chiralen Molekülen und magnetischen Texturen in ultralangsamer Bewegung festgestellt und beobachtet wird.
An dem Projekt „Non-equilibrium information transitions in open quantum circuits: from quantum magnets to radiative effects“ sind Kai Phillip Schmidt von der FAU sowie Jamir Marino und Ferdinand Schmidt-Kaler von der JGU beteiligt. Ziel ist es, die Theorie offener Quantenschaltkreise mit der Dynamik von Quantenmagneten und kooperativen Effekten in der Optik zu verbinden. Insbesondere wird eine neuartige Klasse von Nichtgleichgewichtsphasenübergängen in zufälligen hybriden Schaltungen auf Isingmodelle exportiert, die an nicht-Markovsche Bäder gekoppelt sind, um ein Quantenanalogon der Universalitätsklasse der gerichteten Perkolation zu entdecken. Die langfristige Vision besteht darin, eine Konversion von hybriden Schaltkreisen zu Modelle aus der Festkörperphysik und der statistischen Mechanik zu erreichen, was für ein breites Spektrum von Forschenden im Bereich Licht-Materie-Quantentechnologie relevant ist.