Kryogen-freien Mischungskryostaten für den Milikelvin-Temperaturbereich

Am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts in Erlangen sollen laufende Experiment zur Spektroskopie an einzelnen Molekülen und Ionen modernisiert und damit neue Parameterbereiche erschlossen werden. Die Moleküle und Ionen sind in Festkörperkristallen eingebettet und können mit modernen Mikroskopiemethoden optisch einzeln adressiert und kontrolliert werden. Dadurch dienen sie beispielsweise als Einzelphotonenquelle und als isolierte Quantensysteme. Die Abteilung Sandoghdar am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts ist weltweit führend auf dem Gebiet der Detektion von einzelnen organischen Molekülen und Ionen in einem Festkörper mit sub-Nanometer räumlicher Auflösung und sub-MHz spektraler Auflösung. Die Experimente werden üblicherweise bei Temperaturen von superflüssigem Helium (T = 1,4 K) durchgeführt. Im Idealfall sind die optischen Übergänge in diesem Bereich rein lebenszeitlimitiert. Gegenüber anderen Festkörperemittern wie z.B. Diamantfehlstellen oder Quantenpunkte heben sich die Moleküle durch ihre extreme hohe Photonenausbeute und die Ionen durch ihre lange Kohärenzzeit hervor. Jedoch können Störeffekte wie z.B. spektrale Diffusion deren Einsatz für die Quantenoptik limitieren. Mit der geplanten Neuanschaffung sollen die Proben auf bis zu 10 mK abgekühlt werden können und somit neue Parameterbereiche erreicht werden. Geplant sind unter anderen folgende Nutzungen: 1. Charakterisierung der Spektralen Diffusion von einzelnen organischen Molekülen zwischen 4 K und 10 mK; 2. Untersuchung der Emissionsspektren einzelner Moleküle in Bezug auf die Lage und Stärke der Vibrationsmoden; 3. Charakterisierung der Spektralen Diffusion von einzelnen Ionen der Seltenen Erden zwischen 4 K und 10 mK.