Drei sich kreuzende Kreise, die die Namen von drei Forschungsgebieten enthalten: „Außerhalb des Gleichgewichts liegende Phänomene“, ‚Vielkörper-Quantenoptik‘ und ‚Stark korrelierte Phasen der Materie‘. Ein roter Punkt markiert den Schnittpunkt, und eine Linie weist darauf hin: „Sie sind hier“.

© Pohl group

Unsere Forschungsgruppe beschäftigt sich mit der theoretischen Untersuchung komplexer Quantensysteme, in denen starke Teilchenwechselwirkung sowie die Kopplung an Licht zu neuartigen kollektiven Phänomenen führen. Im Zentrum unserer Arbeit steht das grundlegende Verständnis, wie sich Quantenphasen und emergente Eigenschaften aus mikroskopischen Wechselwirkungen herausbilden. Ein besonderer Fokus liegt hierbei auf offenen Vielteilchensystemen, in denen das Zusammenspiel aus Dissipation und gezielter externer Manipulation zur Entstehung neuartiger Quantenphasen und nicht-klassischer Zustände führen kann.

Diese Fragenstellungen sind eng verknüpft mit der Kontrolle von Licht-Materie-Wechselwirkung in modernen Plattformen wie ultrakalten Atomgasen oder Rydbergatomen in optischen Gittern und Resonatoren sowie Festkörpersystemen.

Zur Beschreibung dieser Systeme setzen wir sowohl analytische als auch numerische Methoden ein, z.B. Kumulantenentwicklungen, Dichtematrixverfahren oder Quanten-Monte-Carlo-Simulationen. Unser Ziel ist es, neue Quanteneffekte zu identifizieren, zu verstehen und nutzbar zu machen - sowohl im Hinblick auf grundelegende Fragen der Quantenphysik als auch im Hinblick auf zukünftige Anwendungen in der Quantenoptik und Quanteninformation.

Aktuelle Forschungsschwerpunkte

Nichtgleichgewichtsphysik offener Quantensysteme und Quantenzeitkristalle

Wir untersuchen, wie Quantenkohärenz unter dissipativen Bedingungen erhalten oder gezielt erzeugt werden kann. Besonders interessieren uns dynamische Ordnungsphänomene wie Quantenzeitkristalle in nichtlinearen Medien.

Kollektive Strahlungseffekte und Superradianz

In stark korrelierten atomaren Systemen oder Festkörperstrukturen kann Licht auf kooperative Weise emittiert werden. Wir analysieren, wie diese kollektiven Effekte für die Erzeugung und Kontrolle von quantenmechanischen Lichtzuständen genutzt werden können.

Wechselwirkende Photonen in geordneten Strukturen

Unter bestimmten Bedingungen können Photonen durch die Kopplung an Materiesysteme effektive Wechselwirkung erfahren. Wir erforschen, wie solche künstlichen Lichtwechselwirkungen in optischen Gittern oder Resonatoren entstehen und genutzt werden können.

Dipolare Quantenmaterie

Langreichweitige dipolare Wechselwirkungen eröffnen faszinierende Möglichkeiten zur Realisierung neuartiger Vielteilchensysteme mit stark korreliertem Verhalten. In unserer Forschung untersuchen wir, wie solche Wechselwirkungen in ultrakalten Atomen und Molekülen kontrolliert und genutzt werden können, um exotische Quantenphasen wie z.B. Quantenflüsigkeiten oder suprasolide Strukturen zu erzeugen.