Die Forschungsaktivitäten zielen auf das Verständnis einer Reihe grundlegender physikalischer Fragestellungen ab, die sich auf a) neuartige halbleitende Übergangsmetall-Dichalkogenide, b) quantenoptische Eigenschaften der Lichtemission von Nanoemittern und Nanolasern, sowie c) wichtige bauteilphysikalische Eigenschaften solcher Nanolaser auf Basis von monolagigen Halbleitern beziehen.

Wir erforschen hierzu neue aktive Materialen und Material-Plattformen, den quanten-optischen Nachweis der Laseremission und Bauteilkonzepte für effiziente Ein- und Auskopplung von Licht. Integrierte Halbleiter-Monolagen und Nanoresonatoren sind eine ideale und sehr zeitgemäße Grundlage für diese Arbeiten.

Unser Konsortium setzt sich aus drei Gruppen zusammen, die auf komplementäre und weltweite ausgewiesene Expertise in der mikroskopischen Theorie von 2D-Halbleitern in Wechselwirkung mit quantisierten Lichtfeldern (AG Jahnke, Universität Bremen), der Herstellung und Charakterisierung von Nanolasern (AG Ning, Tsinghua University), und der quantenoptischen Spektroskopie an nanophotonischen Strukturen zurückgreifen können. Das ideal aufeinander abgestimmte chinesisch-deutsche Team ist somit auf einzigartige Weise geeignet, die oben erwähnten wichtigen Fragestellungen umfassend zu adressieren. Dies soll über eine enge Kooperation zwischen Materialherstellung, Bauteilherstellung, experimenteller Charakterisierung und der theoretischen Beschreibung demonstriert werden.

Aus der Sicht der Grundlagenforschung, werden die erwarteten Ergebnisse unser Verständnis über die Lichtemission und die Verstärkungseigenschaften von Monolagen-Halbleitern, die Natur der Quantenkohärenz entsprechender Nanoemitter und das Schwellenverhalten und die Quantenkohärenz von Nanolasern entscheidend erweitern und stärken. In diesem Zusammenhang werden wir uns insbesondere mit der wichtigen Frage beschäftigen, wie Laseremission in Nanolasern mit hohen beta-Faktoren im Bereich des schwellenlosen Betriebes eindeutig nachgewiesen werden kann. Dieses grundlegende Regime erfährt aktuell weltweit höchstes Interesse und wird mittels quantenoptischer Studien zur Photononenstatistik auf umfassende Weise untersucht.

Unsere gemeinsamen experimentellen und theoretischen Arbeiten liefern wichtige Einblicke in die Emissionsprozesse von Nanolasern, da wir zusätzlich zu gängigen Methoden weiterhin auch die volle Photonenverteilungsfunktion der Nanolaser betrachten werden. Aus technologischer Sicht erwarten wir, dass unsere Forschung zu neuartigen nanophotonischen Bauteilen führt, die in zukünftig in der Informationstechnologie und in der photonischen Quantentechnologie Einsatz finden werden.