Unsere Forschung
Wir entwickeln Detektoren und Messsysteme für die Detektion am Quantenlimit. Im Zentrum stehen ungekühlte und gekühlte Sensoren zur Erfassung elektromagnetischer Strahlung im langwelligen Terahertz- und Infrarotbereich. Ziel ist es, maximale Empfindlichkeit mit reproduzierbarer technologischer Umsetzung zu verbinden und daraus leistungsfähige Messsysteme abzuleiten.
Die Detektorentwicklung basiert auf hochentwickelten Mikro- und Nanotechnologien. Wir erforschen unterschiedliche Materialsysteme und Fertigungsprozesse, um neuartige Sensorklassen zu realisieren und ihre Eigenschaften gezielt einzustellen. Auf dieser Grundlage entstehen hochintegrierte Schaltkreise, Sensoren und funktionale Baugruppen, die in komplexe Messsysteme integriert werden. Diese Systeme ermöglichen eine räumlich und zeitlich aufgelöste Erfassung kleinster Signale.
Die thematische Ausrichtung folgt dem Anspruch des Leibniz-IPHT, Forschung von der Idee bis zum Instrument voranzutreiben. Anwendungen in den Lebens- und Umweltwissenschaften, im Gesundheitsbereich sowie in sicherheitsrelevanten Kontexten motivieren die Entwicklung quantensensitiver Detektoren und Instrumente. Die Arbeiten verbinden Grundlagenforschung, Technologieentwicklung und Systemintegration und schaffen so die Basis für neue photonische Messverfahren.
Forschungsschwerpunkte
Quantenlimitierte
photonische Detektoren
Entwicklung hochsensitiver Detektoren für die Messung kleinster photonischer Signale bis ans Quantenlimit
Infrarot- &
THz-Sensorsysteme
Ungekühlte und gekühlte thermische IR- und THz-Sensoren, einschließlich thermolektrischer und gasanalytischer Detektorkonzepte, bspw. für die Gassensorik
Einzelphotonen- &
ultraschnelle Detektion
Superleitende Nanodraht-Einzelphotonendetektoren (SNSPD) für zeitaufgelöste und quantenzahl-auflösende Messungen
Mikro- & Nanotechnologie
für Instrumentierung
Mikro- und nanotechnologische Verfahren zur reproduzierbaren Herstellung photonischer Detektoren und integrierter Messsysteme auch auf unkonventionellen Substratmaterialien wie Folien, Textilien, Holzoberflächen und Biomaterialien
Funktionale Materialien &
Dünnschichtsysteme
Magnetooptische Granate, Langmuir-Monolagen (Luft/Wasser Grenzflächen assembliert), Halbleiter-, TCO, Graphen-Nanostrukturen sowie thermoelektrische Dünnschichten für sensorische und funktionale Anwendungen
Sensorische Mikrosysteme für
Bio- & Umweltanwendungen
Bioimpedanz-Chips, Multi-Elektroden-Chips und materialbasierte Sensorsysteme zur Untersuchung biologischer Proben sowie für umwelt- und medizintechnische Anwendungen
Kooperationen und Netzwerke
Die Forschungsabteilung Photonik und Quantendetektion arbeitet in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken mit Partnern aus Physik, Materialwissenschaften, Mikro- und Nanotechnologie sowie aus anwendungsnahen Bereichen wie Smart Textiles und Hardware-Security zusammen. Die Kooperationen unterstützen die Entwicklung neuartiger Detektor- und Anwenderkonzepte, die Skalierung technologischer Prozesse und den Aufbau komplexer Mess- und Systemarchitekturen.
Über den Lehrstuhl für Festkörperphysik mit Schwerpunkt Quantendetektion von Prof. Dr. Heidemarie Krüger ist die Forschungsabteilung eng mit der Friedrich-Schiller-Universität Jena vernetzt und beteiligt sich an den Aktivitäten des Abbe Center ofPhotonics (ACP), das Forschung und Lehre in Optik und Photonik standortübergreifend bündelt. Ein zentraler überregionaler Verbund ist das Carl-Zeiss-Stiftung Center für Quantenphotonik, das als Plattform der Universitäten Jena, Stuttgart und Ulm den wissenschaftlichen Austausch und kooperative Forschungsprojekte im Bereich der Quantenphotonik ermöglicht. Die Forschungsabteilung arbeitet mit Partnern aus Ulm und Stuttgart an einem QPhoton-Innovationsprojekt.
Im DFG-Schwerpunktprogramm Nano Security: From Nano-Electronics to Secure Systems (SPP 2253) bringt die Forschungsabteilung Expertise in Nanoelektronik, Detektortechnologien und Hardware-Security ein.
Anwendungsorientierte Kooperationen bestehen unter anderem im SmartTex-Netzwerk sowie im europäischen SmartX Innovation Hub. In diesen Verbünden fließen material- und beschichtungsbasierte photonische Konzepte in die Entwicklung intelligenter und leistungsfähiger Textilien ein und werden in Richtung industrieller Anwendungen weitergeführt.
International ist die Forschungsabteilung in Fachgremien und Netzwerken an der Schnittstelle von Photonik, Hardware-Systemen und maschinellem Lernen vertreten, darunter das CNN-MAC Technical Committee. Ergänzt wird dies durch bilaterale und europäische Kooperationen, etwa zu tragbaren Sensorsystemen auf Basis funktionaler Dünnschichten sowie zu lichtstimulierten, hochselektiven Membranen im Rahmen der Europäischen Doktorandenschule PhotoBrane. Mit dieser Kompetenz ist die Forschungsabteilung auch im Organisationskomittee der internationalen Konferenz ICOMF vertreten.
Innerhalb des Leibniz-IPHT ist die Forschungsabteilung eng mit Forschungseinheiten aus der Photonik, Sensorik, Instrumentenentwicklung und dem KMNT vernetzt. Diese Zusammenarbeit ermöglicht es, quantensensitive Detektoren in übergreifende Mess- und Analysesysteme einzubinden und für unterschiedliche Anwendungsfelder nutzbar zu machen. Durch die Verbindung von Materialentwicklung, Technologie und Systemintegration stärkt die Forschungsabteilung die instrumentelle Kompetenz des Instituts und trägt zur Weiterentwicklung photonischer Schlüsseltechnologien bei.
Ausgewählte Projekte
Aktive nanostrukturierte Metaoberflächen zur Lichtsteuerung
Meta-Active: Maßgeschneiderte Metaoberflächen – Erzeugung, Programmierung und Detektion von Licht
Molekulare Membranen für integrierte Photokatalyse
CataLight: Lichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien
Hocheffiziente In-Memory-Rechenwerke
MemDPU: Domino Processing Unit für In-Memory-Architekturen auf Basis memristiver Logik
Aktuelle Publikationen