Das Physikalische Institut bietet ein breites Forschungsspektrum im Bereich Photonik und kondensierte Materie. Verschiedene Forschungsgruppen betreiben experimentelle und theoretische Forschung zur kondensierten Materie. Darüber hinaus wird Forschung zu nanostrukturierten Materialien betrieben.
Nanophotonik
Nanostrukturierte Materialien bieten einzigartige Möglichkeiten zur Steuerung von Licht im Subwellenlängenbereich. Wir verfolgen ein aktives Forschungsprogramm, in dem wir nanophotonische Systeme nutzen, um die Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie maßzuschneidern und Geräte mit neuartigen Eigenschaften zu schaffen.
Quantengase, Quanteninformation
und korrelierte Vielteilchensysteme
Die Arbeitsgruppe Experimentelle Quantenphysik beschäftigt sich mit der Untersuchung von Quantenphänomenen und der Entwicklung von Quantentechnologien. Hierzu werden beispielsweise ultrakalte Atome bei Temperaturen von wenigen Milliardstel Grad über dem absoluten Temperaturnullpunkt eingesetzt, mit deren Hilfe stark-korrelierte Materiezustände aus der Festkörperphysik simuliert werden. Darüberhinaus beschäftigt sich die Arbeitsgruppe mit der Untersuchungen von verschränkten Zuständen aus Licht und Materie in optischen Mikroresonatoren.
Experimentelle Festkörperphysik
Eines der zentralen Themen der modernen Physik ist die Untersuchung von Wechselwirkungen in Vielteilchensystemen. Solche Wechselwirkungen und ihrer Konkurrenz in Festkörpern können zum Entstehen einer Reihe neuartiger kollektiver Quantenphasen und -anregungen führen. Unser Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung exotischer Quantenphasen von Stoffen wie unkonventionellen Supraleitern und topologischen Isolatoren mit besonderem Augenmerk auf dem Zusammenspiel zwischen ihren topologischen Eigenschaften und Elektronenkorrelationen.
Quantenmetrologie
"Quantenmetrologie": das ist die Kunst des Messens mit Hilfe von Phänomenen der Quantenphysik. Konkret zielen wir darauf ab, die Messempfindlichkeit über das hinaus zu erhöhen, was in klassischen Systemen möglich wäre, und wir tun dies in einem interdisziplinären Ansatz. Wir decken ein breites Themenspektrum ab, das von sehr grundlegenden Fragen ("Warum gibt es nur so wenig Antimaterie im Universum?") bis hin zur Entwicklung von anwendungsnahen Geräten (wie photonische Module für die künftige Quantenkommunikation) reicht. Und wie wir alle wissen, sind optische Uhren die bei weitem präzisesten Messinstrumente, die wir uns vorstellen können, weshalb wir einige Anstrengungen unternehmen, um sie weiter zu verbessern.
Ultrakalte Gase und
Quantenvielteilchen Systeme
Die Forschung der Gruppe liegt auf dem Gebiet der theoretischen Quantenphysik. Unser Interesse gilt komplexen Phänomenen, die durch das Zusammenspiel vieler Teilchen entstehen. Experimentelle Realisierungen solcher komplexer Quantensysteme sind zum Beispiel ultrakalte atomare Gase, hybride Atom-Licht-Systeme oder Quantenmaterialien. Unsere Forschung versucht, mit numerischen und analytischen Methoden die Herausforderungen der theoretischen Beschreibung solcher Quantenvielteilchensysteme, ihrer faszinierenden Quantenphasen und ihrer kollektiven Phänomene zu bewältigen.
Nanoskopische und stark korrelierte Elektronensysteme
und Photonik
Coming soon
Kondensierte Materie und quantenoptische Systeme
Die Forschung konzentriert sich auf die Quantenmechanik vieler Teilchen, die zu vielen faszinierenden Phänomenen in kondensierter Materie und optischen Quantensystemen führt, wie Supraleitung, Magnetismus und Verschränkung. Das besonderes Interesse gilt dynamischen Phänomenen, die weit vom thermodynamischen Gleichgewicht entfernt sind, wie Zeitkristalle oder Vielteilchenlokalisierung. Die Entwicklung digitaler Quantencomputer markiert den Beginn einer neuen Ära für die echte Quantensimulation dieser Systeme, und es wird aktiv auf dieses Ziel hin gearbeitet.
