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In our working group, exciting topics for master's and bachelor's theses in the fields of "quantum optics in semiconductor nanostructures", "optoelectronics" and "quantum devices" are constantly being offered.
The following list contains a selection of topics for a first orientation. In fact, new topics that are not yet listed
The topics listed as a master's thesis usually also include the possibility of a bachelor's thesis.
Please contact the persons listed in the PDF-files for more information on the announced topics.
If you are interested in our topics and research projects, it is advisable to contact Prof. Reitzenstein directly to find out about the current possibilities.
A choice of Master and Bachelor theses
Investigation of Light matter Coupling with Moire Excitons in TMDC Heterostructures (Master/Bachelor)
Transition metal dichalcogenide (TMDCs) materials have attracted enormous scientific attention because of their unique properties when thinned down to monolayer thickness, which is anticipated to yield new nanoelectronics, optoelectronics, and spintronics functionalities. In addition, heterostructures, artificially stacked monolayers of two different TMDCs materials (Fig. 1 a), may show beyond the presence of the quasi-particle intralayer exciton, hosted within the same material, an interlayer exciton characterized by charge carriers driving from the different monolayers. According to the alignment of those two materials (Fig. 1 b), Moiré-superlattices can be generated, leading the interlayer excitons to experience the effects of a Moiré periodic potential and, therefore, a strong permanent dipole moment. In this Master topic, those Moiré excitons, the quasi-particles trapped within the periodic potential, will be further exploited under the strong light-matter regime.
Development of nanophotonic quantum light sources for the investigation on collective effects (Master/Bachelor)
Semiconductor nanostructures embedded in optical microcavities have attracted great
scientific interest in the recent years as these structures are capable of demonstrating cavity quantum
electrodynamics (cQED) effects in practical devices, which allows one to study the quantum nature of lightmatter interaction. Semiconductor nanostructures also lead to a wide range of applications in photonic
quantum technology, for instance, single-photon emitters, high-𝛽 thresholdless lasers, sources of entangled
photon pairs, and superradiant light sources. Sub- and superradiance, first proposed by Dicke in 1954, are
intriguing collective radiative emission processes which occur when coherence is built up among the emitters
spontaneously via exchange of photons. This project aims to optimize and realize nanophotonic light sources
consisting of site-controlled quantum dots for the comprehensive insight into the full photon statistics of
collective effects.
Entwicklung von Mikrolasern mit positionierten Quantenpunkten in der aktiven Schicht (Master/Bachelor)
Die Entwicklung von neuartigen Mikrolasern ist zentrales Thema der modernen Nanophotonik. Ziel ist es, immer kleinere Laser zu realisieren und gleichzeitig deren Effizienz über quantenphysikalische Effekte zu erhöhen. Ein sehr attraktives MikrolaserKonzept beruht auf Mikroresonatoren, die Flüstergalerie-Moden (engl. whispering-gallery modes, WGMs) führen. Akustische Moden dieser Art wurden 1878 von Lord Rayleigh in der St. Pauls Kathedrale entdeckt und beschreiben die Ausbreitung einer Welle bzw. Mode entlang einer konkaven Oberfläche. Diese Moden weisen im Falle von Mikroresonatoren eine seitliche Abstrahlcharakteristik auf und sind daher insbesondere für Mikrolaser in der integrierten Quanten-Nanophotonik von höchstem Interesse.
Entwicklung von Mikrolasern mit positionierten Quantenpunkten fur neuromorphes Computing (Master/Bachelor)
Der immer schneller werdende technologische Fortschritt, die massive Ansammlung an Daten (Big Data), der Bedarf diese zu bearbeiten und nützliche Informationen zu gewinnen, treiben die klassischen Computer an Ihren Grenzen (Moore’s Law). Hierbei sind schnellere, energieeffizientere und neuartige Technologien gefragt. Ein neuroinspiriertes Informationsverarbeitungsschema in einem optischen Netzwerk von Mikrolasern - das neuromorphisches Computing - stellt eine sehr attraktive Plattform dar. Dabei fungieren Quantenpunkte als aktives Medium und nutzen quantenphysikalische Effekte zur Erhöhung von deren Effizienz.
Entwicklung von spektral homogenen Einzelphotonen-Emitter Arrays (Master/Bachelor)
Das Projekt adressiert die Entwicklung von 2D Einzelphotonen-Emitter Arrays. Diese bestehen aus einzelnen Quantenpunkten, die über ein ausgeklügeltes Wachstumsverfahren an vordefinierten Stellen positioniert werden. Solche Arrays von Quantenemittern können im Bereich des optische Quantencomputing und auch im neuromorphen Computing zum Einsatz kommen. Weiterhin sind sie für die Studie von Superradianz von Interesse. Für alle genannten Anwendungen ist es entscheidend, reguläre Arrays von Quantenemittern zu realisieren, die alle bei der gleichen Wellenlänge emittieren.
Optische und Quantenoptische Studien an Nanolasern basierend auf Quantenmaterialien (Master/Bachelor)
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Halbleiterlaser stellen die Königsklasse opto-elektronischer Bauelemente dar. Ihre Entwicklung hat zu immer energieeffizienteren und kompakteren Bauformen geführt. Aktuell werden die ultimativen Limits der Halbleiterlaser hinsichtlich des Schwellenverhaltens und der minimalen Bauteilgröße ausgelotet. Damit einher geht die Entwicklung von Mikro- und Nanolasern mit verblüffenden Eigenschaften, die im Bereich der Quantenoptik zu Tage treten. Von besonderen Interesse sind Effekte der Resonator-Quantenelektrodynamik, die die Effizienz der Laser deutlich seigern können und sogar zu einem schwellenlosen Laser führen können.