Baykusheva Group

Ultraschnelle Quantenphasen und Spektroskopie

Festkörper mit stark korrelierten Elektronen beherbergen oft koexistierende und konkurrierende Quantenphasen (z. B. Supraleitung, topologisch nicht-triviale Zustände oder elektronische Flüssigkristallphasen), die durch externe Stimuli manipuliert werden können. Vor allem in den letzten zehn Jahren haben sich Licht-Materie-Wechselwirkungen, die durch intensive ultrakurze Laserfelder vermittelt werden, als ein nicht thermischer Weg zur dynamischen Kontrolle dieser Phasen erwiesen. Diese dienen der Stabilisierung von Übergangszuständen, die kein Gleichgewichtsgegenstück besitzen.

Trotz aufregender Entwicklungen in den vergangenen Jahren wurden ultraschnelle Licht-Materie-Wechselwirkungen bisher überwiegend aus einer „semiklassischen Perspektive“ betrachtet. Das bedeutet, dass die Materie quantenmechanisch betrachtet wird, während das elektromagnetische Feld klassisch beschrieben wird. Lichtzustände mit nichtklassischen Photonenstatistiken hingegen könnten neue Wege in der Spektroskopie und Technologie eröffnen, indem sie neue Arten von Reaktionen oder neue Kontrollknöpfe zur Manipulation von Materialanregungen ermöglichen.

Das Ziel unserer Forschungsgruppe ist es, diese Lücke zu schließen und ultraschnelle Spektroskopie vollständig in den Bereich der Quantenphysik zu integrieren. Dabei liegt unser Hauptaugenmerk insbesondere auf der Entwicklung von spektroskopischen Werkzeugen, welche uns helfen Photonenkorrelationsfunktionen im zeitlichen Bereich zu erfassen sowie auf die Erzeugung von Ultrabreitband-Quantenlicht. Letzteres weist Merkmale wie „Anti-Bunching“, „Squeezing“ und „Entanglement“ auf, mit denen korrelierte Vielkörperzustände in komplexen Materialien direkt angeregt werden können. Das Abbild der Photonenkorrelationen auf Materie und umgekehrt, kann eine neue Perspektive auf viele Phänomene eröffnen. Unter anderem könnte es die Grundlage der Quantenelektrodynamik bilden, den direkten Nachweis und die Manipulation von mehrteiligen Quantenzuständen der Materie mit Licht ermöglichen sowie zur Entdeckung neuer Funktionalitäten führen.