Strong light-matter interaction enables precise sensors and new quantum technologies...

In the Applied Quantum Physics research area, we are concerned with the implementation of platforms that enable a strong interaction between light and matter. We then use these in particular in the field of quantum optics and sensors.

Picture of a microscope, where instead of a sample, results and sketches of the experiments can be seen. Logo of the funding agencies.

© Atominstitut

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Elise-Richter-Stipendium für Sarah M. Bayer-Skoff

Was bisher bei kalten Temperaturen geschah, will die Quantenphysikerin Sarah Bayer-Skoff nun bei Raumtemperatur möglich machen: Effiziente Kopplung zwischen Licht und Quantenemittern in Festkörpern.

Sarah M. Bayer-Skoff

Sarah M. Bayer-Skoff

Information wird oft in Form von Licht übertragen – etwa, wenn wir mit Hilfe von Glasfaserkabeln im Internet surfen. Auch in der Quantentechnologie greift man gerne auf Lichtsignale zurück, weil sie sehr unempfindlich gegenüber Störungen sind. Um Quanteninformationen aber nicht nur zu übertragen sondern auch verarbeiten und speichern zu können, ist eine gute Schnittstelle zwischen Licht und Materie essentiell. Im Idealfall sollen einzelne Lichtteilchen mit einzelnen Quantenemittern effizient interagieren und das ist eine große technische Herausforderung.

Die Quantenphysikerin Sarah Bayer-Skoff beschäftigt sich daher in ihrer Forschung mit der Wechselwirkung zwischen Licht und Materie, um robuste, technologisch einsetzbare Kopplungsmethoden zu entwickeln. Dieses Projekt wurde nun vom österreichischen Wissenschaftsfonds FWF mit einem renommierten Elise-Richter-Stipendium, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, opens an external URL in a new window ausgezeichnet.

Licht und Materie

„Wenn man Information, die mit Licht übertragen wird, irgendwo verarbeiten oder speichern möchte, dann braucht man notwendigerweise Bauteile, die Licht und Materie stark miteinander koppeln“, erklärt Sarah Bayer-Skoff. Um eine starke Kopplung realisierbar zu machen, werden nanophotonische Bauteile entwickelt, die dann auch im Bereich der Sensorik ihre Anwendung finden können.

Als Quantenemitter werden Fehlstellen in Festkörpern benutzt. Allerdings kommt es in fester Materie immer zu gewissen Schwingungen – man spricht von „Phononen“ – und diese Schwingungen können auf unerwünschte Weise mit dem Licht wechselwirken. So kann die Information verloren gehen und die Licht-Materie Kopplung stark abnehmen. Daher werden solche Strukturen normalerweise stark abgekühlt, sodass die Schwingungen zurückgehen. Sarah Bayer-Skoff möchte so eine Licht-Materie-Schnittstelle nun bei Raumtemperatur realisieren.

Bestimmte Materialien können die Fähigkeit, Licht und Materie auf die gewünschte Weise zu koppeln auch noch bei Raumtemperatur beibehalten. Weiters ist es dazu wichtig ein besseres Verständnis von Quantenemittern in zweidimensionalen Materialien und deren Wechselwirkungen untereinander sowie auch mit dem Festkörper zu haben, um Kontrolle über deren Verhalten zu erlangen. Sarah Bayer-Skoff möchte diese Systeme nun genauer studieren und technologisch nutzbar machen.

Sarah M. Bayer-Skoff

Gefördert wird ihr Forschungsprojekt mit einem Elise-Richter-Stipendium des FWF. Elise-Richter-Stipendien werden an herausragende junge Forscherinnen vergeben, die eine wissenschaftliche Karriere anstreben. Sarah Bayer-Skoff studierte Physik an der TU Graz bevor sie ihren Master am University College London mit Auszeichnung abschloss. Für ihre Doktorarbeit wechselte sie ans Imperial College in London, wo sie auch noch als Postdoc arbeitete, bis sie dann 2014 als Subgruppenleiterin ans Atominstitut der TU Wien wechselte, wo ihr erstes Projekt mit einem FWF Lise-Meitner Fellowship ausgezeichnet wurde. Sie arbeitet nun im Rahmen ihrer eigenen Projekte im Bereich der Quantenoptik, Atomphysik und Nanophotonik, die von der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) gefördert wurden. Weiters ist sie Mitglied in dem kollaborativen FET-Open Projekt ErBeStA, das von der Europäischen Kommission finanziert wird.

Text: Florian Aigner