Seminarbericht

Aktuelle Entwicklungen im Gebiet der ultraschnellen Nanooptik zeigen, dass die herkömmlichen semiklassischen Modelle der linearen und nichtlinearen Licht-Materie-Wechselwirkung versagen. Die starke Erhöhung der photonischen Zustandsdichte in Nahfeldern ermöglicht starke Kopplung zwischen dem Nahfeld und einzelnen Quantenemittern. Damit werden neuartige optische Nichtlinearitäten denkbar, die durch wenige Quanten kontrolliert werden und eine vollständig quantenmechanische Behandlung erfordern. Aufgrund dieser starken Kopplung und der im Nahfeld unvermeidbaren Dissipationsmechanismen findet die Dynamik dieser gekoppelten Systeme ultraschnell, d.h. auf der Femtosekunden-Zeitskala, statt. Weiterentwickelte quantenoptische Methoden und neuartige experimentelle Techniken sind notwendig, um das Forschungsgebiet weiter zu entwickeln und grundlegende Fragen zu beantworten. Beispielsweise würde die Untersuchung der momentan immer noch kontrovers diskutierten Rolle quantenkohärenter Prozesse in der Photosynthese von ultraschneller zeitaufgelöster Einzelmolekülspektroskopie an Lichtsammelkomplexen nachhaltig profitieren.

Das Ziel dieses Seminars, das vom 18. bis 20. März 2019 im Physikzentrum Bad Honnef stattfand, war es, den Austausch der in Deutschland auf diesem aktuellen Forschungsgebiet arbeitenden Gruppen zu fördern und den aktuellen Stand der Forschung auf diesem Gebiet darzustellen. Das Thema hat reges Interesse geweckt: Die 63 Teilnehmer des Seminars konnten sich durch 13 eingeladene Vorträge sowie durch 15 ausgewählte Vorträge und 31 Posterpräsentationen regulärer Teilnehmer einen aktuellen Überblick über das neue Forschungsgebiet verschaffen. Intensive Diskussionen nach den Vorträgen, an den Postern und in den Pausen haben zu einer fruchtbaren und angenehmen Atmosphäre des Seminars beigetragen.

Die während des Seminars vorgestellten Arbeiten zeigen, dass in diesem Arbeitsgebiet in den nächsten Jahren insbesondere folgende Themengebiete von großer Bedeutung sein werden: i) Starke und ultrastarke Kopplungsphänomene, ii) Quantenkohärenz und Korrelationen in offenen Quantensystemen und iii) Elektron-Nahfeld-Wechselwirkung.

Wir danken der Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung für die hervorragende finanzielle und organisatorische Unterstützung.

Prof. Dr. Walter Pfeiffer, Universität Bielefeld
Prof. Dr. Mario Agio, Universität Siegen