Photonik und
Kondensierte Materie

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.

Quantenoptik und Angewandte Optik

Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© AG Nanophotonics

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.

Experimentelle Physik der kondensierten Materie

Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© AG Quantum

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

  • Prof. Dr. Johannes Gooth


Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© Simon Stellmer / University of Bonn

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.

Theoretische Physik der kondensierten Materie

Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© A. Sheikhan

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.


Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© University of Bonn

Nanoskopische und stark korrelierte Elektronensysteme
und Photonik

Coming soon

Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
Information scrambling in a spin chain with power law interactions © Luitz and Colmenarez

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.


Eine Wissenschaftlerin und ein Wissenschaftler arbeiten hinter einer Glasfassade und mischen Chemikalien mit Großgeräten.
© Cornell University

Theorie der Kondensierten Materie

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