Erbium-dotierte Kristalle in optischen Resonatoren als Bausteine für Quantennetzwerke
Erbium-Dotieratome sind ideal als Bausteine für Quantennetzwerke geeignet, die sich über große Distanzen erstrecken, da sie sowohl kohärente optische Kontrolle bei einer Telekom-Wellenlänge ermöglichen, wo Verluste in optischen Fasern minimal sind, als auch bereits bei Temperaturen von flüssigem Helium robuste Spin-Kohärenz-Eigenschaften zeigen.
Durch Einbettung eines Erbium-dotierten Kristalls in einen optischen Resonator hoher Güte kann die Effizienz der Spin-Photon-Kopplung um mehrere Größenordnungen erhöht werden, wodurch ihr praktischer Einsatz für Anwendungen der Quantenkommunikation in greifbare Nähe rückt.
Publikationen nach Peer-Review
- Spectral multiplexing of telecom emitters with stable transition frequency.
A. Ulanowski, B. Merkel, A. Reiserer
Science Advances 8, 43 (2022) - Coherent and Purcell-enhanced emission from erbium dopants in a cryogenic high-Q resonator.
B. Merkel, A. Ulanowski, A. Reiserer
Physical Review X 10, 041025 (2020) - Dynamical decoupling of spin ensembles with strong anisotropic interactions.
B. Merkel, P. Cova Fariña, A. Reiserer
Physical Review Letters 127, 030501 (2021) - Coherent control in the ground and optically excited states of an ensemble of erbium dopants.
P. Cova Fariña, B. Merkel, N. Herrera Valencia, P. Yu, A. Ulanowski, A. Reiserer
Physical Review Applied 15, 064028 (2021) - Erbium dopants in nanophotonic silicon waveguides.
L. Weiss, A. Gritsch, B. Merkel, A. Reiserer
Optica 8, 40-41 (2021)
Werkzeuge für Atomphysik-Experimente
Wissenschaftliche Durchbrüche in der Quantenphysik gehen Hand in Hand mit technischen Fortschritten, durch welche verlässlichere und extremere Versuchsbedingungen geschaffen werden können.
Zwei der häufigsten Anforderungen von modernen Experimenten sind kohärente Lichtquellen mit hoher Frequenzstabilität und Generatoren für rauscharme und durchstimmbare Magnetfelder, die sich in Raumtemperatur-Setups integrieren lassen.
Publikationen nach Peer-Review
- Laser stabilization to a cryogenic fiber ring resonator.
B. Merkel, D. Repp, A. Reiserer
Optics Letters 46, 444-447 (2021) - Magnetic field stabilization system for atomic physics experiments.
B. Merkel, K. Thirumalai, J. E. Tarlton, V. M. Schäfer, C. J. Ballance, T. P. Harty, D. M. Lucas
Review of Scientific Instruments 90, 044702 (2019)
Optische Messungen der Auf- und Entladeprozesse einzelner Halbleiter-Quantenpunkte mit Elektronen
Quantenpunkte sind winzige Einschlüsse eines Materials in einem anderen Halbleiter, wodurch Elektronen räumlich lokalisiert werden, ähnlich als wenn es “künstliche Atome” wären, deren optische und elektrische Eigenschaften durch Größe und Materialkombination der Quantenpunkte beeinflusst werden können.
Die starken optischen Nichtlinearitäten und die Sensitivität für elektrische Ladungen ermöglichen optische Messungen von Tunnelprozessen einzelner Elektronen in Quantenpunkte sowie eine Frequenz-Stabilisierung der vom Quantenpunkt emittierten Photonen durch schnelles elektrisches Feedback.
Publikationen nach Peer-Review
- Noise Suppression by a Built-in Feedback Loop.
A. Al-Ashouri, A. Kurzmann, B. Merkel, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Lorke, M. Geller
Nano Letters 19, 1, 135–141 (2019) - Charge-driven feedback loop in the resonance fluorescence of a single quantum dot.
B. Merkel, A. Kurzmann, J.-H. Schulze, A. Strittmatter, M. Geller, A. Lorke
Physical Review B 95, 115305 (2017) - Electron dynamics in transport and optical measurements of self-assembled quantum dots.
A. Kurzmann, B. Merkel, B. Marquardt, A. Beckel, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Lorke, M. Geller
Physica Status Solidi B, 254:1600625 (2017) - Optical Blocking of Electron Tunneling into a Single Self-Assembled Quantum Dot.
A. Kurzmann, B. Merkel, P. A. Labud, A. Ludwig, A. D. Wieck, A. Lorke, M. Geller
Physical Review Letters 117, 017401 (2016)
Quantumkaskaden-Detektoren und -Laser im mittleren Infrarot
Hoch-aufgelöste optische Infrarot-Spektroskopie von Gasen und biologischem Gewebe hat breite Anwendung in Umweltwissenschaften und Medizin, da anhand von spezifischen molekularen Fingerabdrücken im Absorptionsspektrum eine hohe Sensitivität bei der Detektion von Spurengasen und biologischen Markern erzielt wird.
Während Quantenkaskaden-Laser die am weitesten verbreiteten kohärenten Lichtquellen im mittleren Infrarot sind, stellen Quantenkaskaden-Detektoren ihre lichtempfindlichen Gegenstücke dar.
Publikationen nach Peer-Review
- Broadband (3.9 – 9.6 µm) Photocurrent in Quantum Cascade Detector with Diagonal Transitions.
G. M. Penello, B. Merkel, D. L. Sivco, C. Gmachl
Optical Society of America, Conference Paper CLEO: 2015