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Experimentalvortrag Chemie

Foto: Universität Paderborn, Adelheid Rutenburges

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Laserprojektionen im HNF

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Manometer einer CO2-Löschanlage

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| Forschungsporträt

Mit Ferroelektrika das Licht in Bahnen lenken

Jun.-Prof. Dr. Simone Sanna schafft mit Computersimulationen Grundlagen für Bauteile der Quantenkommunikation

Simone Sanna hat in der Fakultät für Naturwissenschaften eine Juniorprofessur für Theoretische Materialphysik übernommen und untersucht dort mit seiner Arbeitsgruppe die Eigenschaften von ferroelektrischen Materialien und deren Wechselwirkung mit Licht.

Ferroelektrika sind komplexe Stoffe mit speziellen optischen und elektrischen Fähigkeiten. „Wir wollen diese Materialien gut verstehen, um sie für die Manipulation des Lichts zu nutzen“, sagt Simone Sanna. Dafür sieht er sich die ferroelektrischen Kristalle auf mikroskopischer Ebene an und simuliert ihre atomare Struktur an den Hochleistungsrechnern des Paderborn Centers for Parallel Computing (PC2). Dank effizienter Rechenalgorithmen kann er dann die Eigenschaften der Ferroelektrika allein auf Basis der Grundgesetze der Quantenmechanik mit hoher Genauigkeit voraussagen.

So schafft Simone Sanna die theoretische Basis für Experimente in der Quantenoptik: Konkrete Anwendung findet seine theoretische Vorarbeit beispielsweise in der Herstellung der Kristallwellenleiter, die in den Laboren des P-Gebäudes zur Erzeugung von Photonen als Informationsträger genutzt werden. Diese Chips bestehen aus dem Ferroelektrikum Lithiumniobat, in die winzige Kanäle mit Titan angereichert werden. Mit diesen Kanälen wird das Licht quasi in Bahnen gelenkt und in speziellen ferroelektrischen Strukturen manipuliert. „Unsere Aufgabe ist es, diese Wellenleiter weiter zu optimieren. Dazu schaue ich mir am Modell an, wie sich beispielsweise die Brechzahl erhöht, wenn ich das Verhältnis von Lithiumniobat und Titan ändere.“

Simone Sannas Forschung liegt im Grenzbereich zwischen Physik, Chemie, Mathematik und Elektrotechnik. Seine Professur wurde im Rahmen des Sonderforschungsbereichs „Tailored nonlinear photonics – From fundamental concepts to functional structures“ an der Uni Paderborn eingerichtet: Verschiedene Arbeitsgruppen aus der Physik, Chemie und Elektrotechnik erforschen die Wechselwirkung von Licht und Materie mit dem Ziel, Kommunikation und Datenübertragung mithilfe von Quantentechnologien schneller, sicherer und ressourceneffizienter zu machen (siehe Webseite „Jahr des Lichts“).

Text: Frauke Döll

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