Projektbeschreibung
Die Beschreibung der Lichtausbreitung in ungeordneten Umgebungen optimieren
1958 wurde in einer richtungsweisenden Abhandlung ein Phänomen beschrieben, das heute den Namen Anderson-Lokalisierung trägt. Hierbei handelt es sich um das Fehlen der Diffusion von Wellen in bestimmten ungeordneten Medien. Die ursprüngliche Arbeit befasste sich mit der Lokalisierung von Elektronen in einem ungeordneten Kristallgitter durch die Interferenz von Streueffekten – ein Phänomen, das mit der Natur der Elektronenwellen in Zusammenhang steht. Im Ergebnis dessen kommt es zu einem Übergang zwischen einem Isolator und einem Leiter. Seitdem wurden die Beschreibungen auf andere Wellensysteme ausgeweitet, zum Beispiel elektromagnetische Systeme sowie Akustik- und Quantenmateriesysteme. Außerdem sind sie von grundlegender Bedeutung für die Charakterisierung kondensierter Materie und ungeordneter Systeme. Das EU-finanzierte Projekt ANDLICA erweitert unseren Wissensstand zur Anderson-Lokalisierung von Licht mithilfe großer Wolken kalter Atome, was Auswirkungen auf die nächste Generation von Quantengeräten haben wird.
Ziel
I propose to use large clouds of cold Ytterbium atoms to observe Anderson localization of light in three dimensions, which has challenged theoreticians and experimentalists for many decades.
After the prediction by Anderson of a disorder-induced conductor to insulator transition for electrons, light has been proposed as ideal non interacting waves to explore coherent transport properties in the absence of interactions. The development in experiments and theory over the past several years have shown a route towards the experimental realization of this phase transition.
Previous studies on Anderson localization of light using semiconductor powders or dielectric particles have shown that intrinsic material properties, such as absorption or inelastic scattering of light, need to be taken into account in the interpretation of experimental signatures of Anderson localization. Laser-cooled clouds of atoms avoid the problems of samples used so far to study Anderson localization of light. Ab initio theoretical models, available for cold Ytterbium atoms, have shown that the mere high spatial density of the scattering sample is not sufficient to allow for Anderson localization of photons in three dimensions, but that an additional magnetic field or additional disorder on the level shifts can induce a phase transition in three dimensions.
The role of disorder in atom-light interactions has important consequences for the next generation of high precision atomic clocks and quantum memories. By connecting the mesoscopic physics approach to quantum optics and cooperative scattering, this project will allow better control of cold atoms as building blocks of future quantum technologies. Time-resolved transport experiments will connect super- and subradiant assisted transmission with the extended and localized eigenstates of the system.
Having pioneered studies on weak localization and cooperative scattering enables me to diagnostic strong localization of light by cold atoms.
Wissenschaftliches Gebiet
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-ADG - Advanced GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich