ERC Proof of Concept Grant an Christian Degen
Das Stipendium ermöglicht Degen und seiner Gruppe, einen integrierten photonischen Chip für die Anregung und Erkennung von Einzelphotonen zu entwickeln, der in Zukunft für die optische Quantensensorik und -kommunikation kommerziell genutzt werden kann.
Einzelphotonen-Emitter gibt es in verschiedenen Formen, von Halbleiter-Quantenpunkten bis hin zu Stickstoff-Vakanz-Zentren (NV) in Diamanten, aber die meisten von ihnen werden mit derselben Technik charakterisiert: optische Mikroskopie. Ein Ansatz, der auf einer grossen Anzahl sperriger optischer Komponenten im freien Raum beruht, die häufig ausgerichtet werden müssen. Im Rahmen des preisgekrönten PHOTONCHIP-Projekts wollen Professor Christian Degen und sein Team den Prototyp eines millimetergrossen integrierten photonischen Chips (PIC) entwickeln, der alle für die Charakterisierung eines einzelnen Quantenemitters erforderlichen Funktionen vereint: die Glasfaserschnittstelle für die Lichtdetektion, On-Chip-Filter und -Koppler sowie mikrogedruckte Optiken für eine effiziente Lichtsammlung vom Emitter.
Das PIC wird zunächst an einem Mikroskop getestet, das auf NV-Zentren in Diamanten basiert: Die Degen-Gruppe kennt dieses System bereits sehr gut. Die Idee für PHOTONCHIP stammt nämlich aus dem vom ERC finanzierten Projekt, in dessen Rahmen Degen und Kollegen ein Mikroskop mit NV-Zentren zur Abbildung des elektronischen Transports im Nanobereich in zweidimensionalen Materialien wie Graphen gebaut haben. Die Leistung dieses Mikroskops, das in einem Kryostaten bei niedrigen Temperaturen arbeitet, erwies sich als stark eingeschränkt durch die Freiraum-Optik. Dies hat die Gruppe dazu veranlasst, über kompaktere und robustere Lösungen nachzudenken.
Das Team hat die Realisierbarkeit des im PHOTONCHIP-Projekt beschriebenen PIC bereits untersucht, so dass «der ERC Proof of Concept Grant ein grosser Motivationsschub ist», sagt Degen. Das Projekt wird von Postdoktoranden Eric Clot geleitet und bietet Forschungsmöglichkeiten für MSc-Studenten in der Gruppe. Degen schätzt auch den fruchtbaren Austausch mit anderen Gruppen des Departements, etwa mit denen der Professor:innen Rachel Grange und Jonathan Home, die ähnliche Interessen an der Schnittstelle von Photonik und Quantentechnologien haben.