DFG-Begutachtungskolloquium zum SPP 1391 "Ultrafast Nanooptics"

Projektbeschreibung:

Ziel des Schwerpunktprogramms ist die Untersuchung, gezielte Steuerung und Anwendung der raum-zeitlichen Dynamik elektromagnetischer Anregungen sowohl in metallischen Nanostrukturen als auch Hybrid-Nanostrukturen. Die starke Feldlokalisierung und die damit verbundene Feldüberhöhung wird in einer Vielzahl von interdisziplinären Anwendungen eingesetzt, wie z.B. in neuartigen Laserstrukturen, der Nutzung von optischen Nichtlinearitäten in der ultrasensitiven chemischen und biologischen Sensorik oder der Entwicklung von verbesserten Einzelphotonenquellen für die Quanten-Informationsverarbeitung. Die kohärente breitbandige Anregung solcher Nanostrukturen erschließt die Zeitdomäne als zusätzlichen Freiheitsgrad und erlaubt unter anderem die Steuerung der raum-zeitlichen Eigenschaften der ortsabhängigen Feldverteilungen.
Das neue Forschungsgebiet der "Ultraschnellen Nanooptik“ bietet deutlich mehr als die Summe von räumlicher und zeitlicher Auflösung. Es bietet Zugang zu Nahfeldanregungen und lokalen Wechselwirkungen, die mit herkömmlichen zeitaufgelösten Methoden unzugänglich sind. Andererseits erlaubt der Einsatz der ultrakurzen Lichtimpulse durch Anpassen der Nahfelder und ihrer Propagation eine weitere Erhöhung der räumlichen Auflösung und - wenn gewünscht - auch einer riesigen zeitlichen und örtlichen Energiekonzentration.
Die Beschreibung und Untersuchung der Dynamik elektromagnetischer Feldverteilungen in komplexen Nanostrukturen stellen große theoretische wie auch experimentelle Herausforderungen dar. Aus theoretischer Sicht ist die selbstkonsistente Beschreibung der Entwicklung eines an eine mesoskalige Feldverteilung gekoppelten Quantensystems von Interesse. Experimentelle Methoden, die die Felddynamik räumlich und zeitlich abbilden, existieren bislang nicht und müssen entwickelt werden.
Die im Schwerpunktprogramm bearbeiteten Themengebiete umfassen die Ein- und Auskopplung von ultrakurzen Lichtimpulsen in Nanostrukturen, Propagation breitbandiger nanooptischer Anregungen, nichtlineare nanooptische Phänomene sowie die kohärente Steuerung von nanooptischen Anregungen. Neben grundlegenden Fragestellungen werden dabei aufgrund der interdisziplinären Ausrichtung zwischen Physik, Chemie und Biologie auch neuartige spektroskopische Anwendungen realisiert.