Forschungsgebiete am Fachbereich Physik

Die Photonik befasst sich mit der Erzeugung, der Übertragung, der Verarbeitung und der Detektion von Licht. Dabei erschließt die Photonik das elektromagnetische Spektrum vom extremen Ultraviolett bis in den langwelligen Mikrowellenbereich. Die Photonik ist in unserem Alltag allgegenwärtig: Das Internet wäre ohne Glasfasern zur Datenübertragung, ohne die Laser, die die Daten durch die Glasfasern senden, ohne entsprechende Empfänger und Verteiler undenkbar. Assistenzsysteme in Fahrzeugen und die Vision einer autonomen Mobilität sind ohne optische Sensorik nicht zu realisieren. Laser gehören zu den wichtigsten Werkzeugen der Grundlagenforschung in der Photonik, sie finden sich aber auch in der Telekommunikation und der Mobilitätswirtschaft, werden in der Materialbearbeitung sowie für die additive Fertigung in der Industrie eingesetzt und erweisen sich immer öfter als unentbehrliches Analysewerkzeug in Medizin, Biologie, Chemie und Materialwissenschaft.

Werkzeuge und Methoden der Photonik werden in allen Arbeitsgruppen am Fachbereich entwickelt und eingesetzt. Forschungsschwerpunkte liegen auf der feldaufgelösten Spektroskopie, der Multiskalen-Modellierung der Materialbearbeitung,der hochpräzisen dreidimensionalen additiven Fertigung, optischen Quantensimulatoren, mikrooptischen Lichtquellen und Anwendungen, der Kontrolle von Quantenzuständen des Lichts und deren theoretischer Beschreibung. Ausgründungen aus dem Fachbereich und die Anbindung an das Fraunhofer ITWM und das IFOS ermöglichen den direkten Transfer in die Industrie.

Arbeitsgruppen

Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie
Prof. Rolf Diller (Experimentalphysik)
Kohärente und nichtkohärente Relaxation in molekularen Systemen nach optischer Anregung

Theoretische Quantenoptik
Prof. Michael Fleischhauer (Theoretische Physik)
Langsames und gespeichertes Licht, Quanteninformation mit Photonen

Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik
Prof. Henning Fouckhardt (Experimentalphysik/Technische Physik)
III/V-Halbleiterlaser und optoelektronische Mikrotropfenmanipulation

Optische Technologien und Photonik
Prof. Georg von Freymann (Technische Physik)
Laserbasierter 3D µ-Druck photonischer Materialen

Topologie in 3D photonischen Quantensimulatoren
Prof. Christina Jörg (Technische Physik)
Nichtlineare Phänomene in 3D-mikrogedruckten Wellenleiterarrays

Physik und Technologie der Nanostrukturen
Prof. Egbert Oesterschulze (Experimentalphysik)
Funktionalisierte Nanopartikelsysteme für die elektrochrome Mikrooptik

Optische Quantenmesstechnik
Prof. Ioachim Pupeza (Experimentalphysik)
Werkzeuge zur Kontrolle und Messung einzelner Schwingungen optischer Wellen

Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper
Prof. Bärbel Rethfeld (Angewandte Theoretische Physik)
Multiskalen-Modellierung von Laserabsorption bis Materialbearbeitung

Individual Quantum Systems
Prof. Artur Widera (Experimentalphysik)
Maßschneidern von photonischen Systemen für die Quantensensorik

Im Zentrum der Spinphysik steht der Spin, also der quantenmechanische Eigendrehimpuls von Elektronen und anderen subatomaren Teilchen. Dieser intrinsische Drehimpuls ist elementar für die grundlegende Struktur von Materie. Auch Licht und dynamische Anregungen von Festkörpern können einen Spin besitzen. Die Spinphysik befasst sich mit der Wechselwirkung von Licht, Spin und Materie und ist damit Basis zahlreicher technologischer Anwendungen. Diese erstrecken sich von Permanentmagneten über medizinischen Diagnoseverfahren hin zur Quanteninformationsverarbeitung.

Die Spinphysik nimmt eine zentrale Rolle am Fachbereich Physik ein. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf den dynamischen Eigenschaften von Spins sowie auf abbildenden Verfahren. Wir untersuchen Spins in Atomen, Molekülen und Festkörpern. Unsere Forschung schafft die Grundlagen neuartiger technologischer Anwendungen, die wir gemeinsam mit unseren Partnern aus Industrie und Ingenieurswissenschaften entwickeln. Unsere Aktivitäten in der Spinphysik werden im Forschungsneubau LASE (Laboratory for Advanced Spin Engineering) konsolidiert, wodurch ein interdisziplinärer Anschluss an die Fachbereiche Chemie und Maschinenbau besteht.

Arbeitsgruppen

Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen
Prof. Martin Aeschlimann (Experimentalphysik)
Laserangeregte Spindynamik auf ultrakurzen Zeitskalen

Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie
Prof. Rolf Diller (Experimentalphysik)
Optische Manipulation von Spin-Crossover-Komplexen

Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme
Prof. Sebastian Eggert (Theoretische Physik)
Spin und Ladung in Antiferromagneten mit eingeschränkten Dimensionen (1D, 2D)

Theoretische Quantenoptik
Prof. Michael Fleischhauer (Theoretische Physik)
Dissipative Spinsysteme und Vielteilchen-Spinphysik mit Rydbergatomen

Optische Technologien und Photonik
Prof. Georg von Freymann (Technische Physik)
Optische induzierte magnetische Landschaften und Terahertz Dynamik

Magnetismus
Prof. Burkard Hillebrands (Experimentalphysik/Technische Physik)
Spintronik und Magnonik

Biophysik und Quantensensorik
Prof. Elke Neu-Ruffing (Experimentalphysik)
Kohärente Kontrolle einzelner Spins

Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik
Prof. Herwig Ott (Experimentalphysik)
Spinphysik mit wechselwirkenden Rydbergatomen und Rydbergmolekülen

Nanoscaled Magnonic Hybrids
Prof. Philipp Pirro (Experimentalphysik/Technische Physik)
Spinwellen in Hybridsystemen für Logik und Datenverarbeitung

Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper
Prof. Bärbel Rethfeld (Angewandte Theoretische Physik)
Spinaufgelöste Elektronendynamik und Transport

Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik
Prof. Hans Christian Schneider (Theoretische Physik)
Dynamik der Wechselwirkung von Licht, Elektronen und magnetischen Anregungen

Biophysik und Medizinische Physik
Prof. Volker Schünemann (Experimentalphysik)
Dynamische Prozesse in molekularen Spin-Schaltern und Einzelmolekülmagneten

Angewandte Spinphänomene
Prof. Mathias Weiler (Experimentalphysik)
Spinkontrolle mit Strom, Schall, und Licht

Individual Quantum Systems
Prof. Artur Widera (Experimentalphysik)
Quantencomputing mit Rydbergatomen in optischen Pinzetten

Physik und Biophysik komplexer Grenzflächen
Prof. Chrsitiane Ziegler (Technische Physik)
Spinphänomene in organischen Dünnschichtsystemen

„Physics Meets Life Science“ ist das Motto der Biophysik. Biophysik ist eine fächerübergreifende Wissenschaft, die sich mit der Anwendung physikalischer und physikalisch-chemischer Methoden zur Erforschung elementarer und komplexer Vorgänge in der belebten Natur befasst.

Unser Standort verfügt über ein breites Spektrum von Forschungsrichtungen, in deren Umfeld biophysikalische Fragestellungen bearbeitet werden. Zu nennen sind hier die Biospektroskopie, Membranbiophysik sowie die Biophysik an Grenzflächen und Nanostrukturen. Weiterhin zählen die Forschung an biologischen Systemen auf der molekularen Ebene sowie membrangebundene und neuronale Prozesse bis hin zur Interaktion von Zellverbänden mit künstlichen Oberflächen und die Entwicklung von modernster Laser- und Quantentechnologie zum Forschungsportfolio der RPTU in Kaiserslautern.

Arbeitsgruppen

Biophysik und Ultrakurzzeitspektroskopie
Prof. Rolf Diller (Experimentalphysik)
Ultraschnelle, funktionell fundamentale Prozesse in biologisch relevanten Molekülen

Biophysik und Quantensensorik
Prof. Elke Neu-Ruffing (Experimentalphysik)
Sensoren für Ströme und vieles mehr in den Lebenswissenschaften

Optische Quantenmesstechnik
Prof. Ioachim Pupeza (Experimentalphysik)
Molekulare Schwingungsspektroskopie biologischer Systeme

Biophysik und Medizinische Physik
Prof. Volker Schünemann (Experimentalphysik)
Eisenabhängige Prozesse in biologischen Systemen

Physik und Biophysik komplexer Grenzflächen
Prof. Christiane Ziegler (Technische Physik)
Interaktion biologischer Systeme und technischer Oberflächen

In der Festkörperphysik werden die Eigenschaften fester Materie erforscht. Dabei hängen die elektrischen, magnetischen, thermischen oder optischen Eigenschaften nicht nur vom Material- sondern auch von ihrer Strukturgröße ab: eine Erkenntnis, die den Bereich der Nanotechnologie vorangetrieben hat. Sie bildet damit die Grundlage für ein breites Spektrum aktueller Forschungsbereiche wie z.B. die Halbleiterelektronik, Datenspeichertechnologien, moderne Sensoren oder Quanteninformationssysteme. Die Festkörperphysik ist in hohem Maße interdisziplinär. Sie erfordert die Entwicklung und Anwendung sehr anspruchsvoller experimenteller Analysemethoden sowie hochkomplexer Theorien zur Beschreibung der Prozesse auf mikroskopischer räumlicher wie auch hochaufgelöster zeitlicher Skala.

Unser Fachbereich widmet sich einem breit gefächerten Spektrum aktueller Themen der Festkörperphysik, sowohl in experimenteller als auch theoretischer Hinsicht. Unsere Forschung konzentriert sich einerseits auf die Erforschung und Weiterentwicklung neuartiger organischer, magnetischer und photonischer Materialien wie Metalle, Halbleiter und Dielektrika sowie deren Hybridstrukturen. Andererseits widmen wir uns der Erforschung fundamentaler ultraschneller Phänomene in Festkörpern, an deren Oberflächen und in Nanostrukturen. Diese bilden die Grundlage für neue innovative Sensoren und andere elektronische sowie photonische Bauelemente. Ein weiterer zentraler Schwerpunkt unserer Arbeit liegt in der kontinuierlichen Verbesserung experimenteller und numerischer Methoden im Bereich der Festkörperphysik.

Arbeitsgruppen

Ultraschnelle Phänomene an Oberflächen
Prof. Martin Aeschlimann (Experimentalphysik)
Ultraschnelle elektronische und photonische Phänomene an Festkörperoberflächen, ultradünnen Schichten und in Nanostrukturen

Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme
Prof. Sebastian Eggert (Theoretische Physik)
Quantenphasenübergänge und kollektive Anregungen in wechselwirkenden Modellsystemen für Festkörper

Integrierte Optoelektronik und Mikrooptik
Prof. Henning Fouckhardt (Experimentalphysik/Technische Physik)
Technologien zur Herstellung optoelektronischer Bauelemente und Messtechniken dafür

Magnetismus
Prof. Burkard Hillebrands (Experimentalphysik/Technische Physik)
Materialien für die Spintronik und Magnonik

Topologie in 3D photonischen Quantensimulatoren
Prof. Christina Jörg (Technische Physik)
Photonische Modellsysteme für topologische Festkörperphänomene

Physik und Technologie der Nanostrukturen
Prof. Egbert Oesterschulze (Experimentalphysik)
Funktionalisierte Oberflächen für die heterogene Kondensation und mikrofluidische Anwendungen

Nanoscaled Magnonic Hybrids
Prof. Philipp Pirro (Experimentalphysik/Technische Physik)
Spinwellen in Hybridsystemen für Logik und Datenverarbeitung

Ultrakurzzeitdynamik laserangeregter Festkörper
Prof. Bärbel Rethfeld (Angewandte Theoretische Physik)
Wechselwirkungen von Licht, Elektronen und Gitterschwingungen fernab des thermodynamischen Gleichgewichts

Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik
Prof. Hans Christian Schneider (Theoretische Physik)
Elektronische und optische Eigenschaften von Festkörpern fern vom Gleichgewicht 

Angewandte Spinphänomene
Prof. Mathias Weiler (Experimentalphysik)
Akustische Oberflächenwellen

Physik und Biophysik komplexer Grenzflächen
Prof. Chrsitiane Ziegler (Technische Physik)
Oberflächen- und Grenzflächeneffekte organischer und anorganischer Halbleiter

Die Quantenoptik untersucht die Quantenphysik des Lichts, einschließlich seiner Wechselwirkung mit der Materie und seiner praktischen Anwendungen. Die verblüffendsten Paradoxa der Quantenphysik werden jeden Tag in quantenoptischen Labors beobachtet, wobei Technologien eingesetzt werden, die einzelne Atome, Elektronen und Photonen nachweisen und auch höchstpräzis steuern können. Um die Technologie von heute vollständig zu verstehen, braucht man die Quantenmechanik, und in der Quantenmechanik suchen wir nach den revolutionären neuen Technologien von morgen, von der Quanteninformatik über Sensoren von fantastischer Empfindlichkeit und Präzision bis hin zur detaillierten Kontrolle mikroskopischer Prozesse aller Art.

Unser Fachbereich befasst sich eingehend mit der Quantenoptik. Unsere theoretischen Forschungsgruppen untersuchen abstrakte Konzepte wie Quantentopologie, starke Wechselwirkungen in eindimensionalen Systemen und Quantenchaos - und wir suchen nach Möglichkeiten, diese Konzepte anzuwenden, um radikal neue mikroskopische Arten von Sensoren, Schaltern und Motoren herzustellen. Unsere experimentellen Forschungsgruppen machen solche Dinge bereits real, indem sie einzelne Atome mit Photonen- und Elektronenstrahlen manipulieren, um einzelne Moleküle mit enormer Ausdehnung, durch Quantenstatistik angetriebene Motoren und Quantencomputer mit echter praktischer Leistung herzustellen.

Arbeitsgruppen

Grundlagen der Quantenphysik
Prof. James R. Anglin (Theoretische Physik)
Mikroskopische Wurzeln der Thermodynamik in der nichtlinearen Quantendynamik

Grundlagen der Festkörper und Vielteilchensysteme
Prof. Sebastian Eggert (Theoretische Physik)
Stark-korrelierte getriebene Quantensysteme im Nicht-Gleichgewicht

Theoretische Quantenoptik
Prof. Michael Fleischhauer (Theoretische Physik)
Offene Quantensysteme, Nichtgleichgewichtsphänomene und Topologie

Optische Technologien und Photonik
Prof. Georg von Freymann (Technische Physik)
Photonische Bose-Einstein-Kondensate und Quantensimulatoren

Magnetismus
Prof. Burkard Hillebrands (Experimentalphysik/Technische Physik)
Magnonische Bose-Einstein-Kondensate

Topologie in 3D photonischen Quantensimulatoren
Prof. Christina Jörg (Technische Physik)
Quantensimulation in 3D photonischen Strukturen

Biophysik und Quantensensorik
Prof. Elke Neu-Ruffing (Experimentalphysik)
Quantensysteme als Sensoren

Ultrakalte Quantengase und Quantenatomoptik
Prof. Herwig Ott (Experimentalphysik)
Ultrakalte Quantengase und Quantencomputing

Optische Quantenmesstechnik
Prof. Ioachim Pupeza (Experimentalphysik)
Optische Korrelationsmessungen im Zeitbereich

Theoretische Halbleiteroptik und Quantenelektronik
Prof. Hans Christian Schneider (Theoretische Physik)
Elektronische und (quanten-)optische Eigenschaften komplexer Materialien

Individual Quantum Systems
Prof. Artur Widera (Experimentalphysik)
Untersuchung ultrakalter Quantengase und Dynamik einzelner Atome