LiN4Quant

Das Material Lithiumniobat (LiNbO₃), bzw. die Form von Lithiumniobate on Insulator (LNOI)‐Wafer ist aufgrund seiner nichtlinearen und elektrooptischen Eigenschaften bei Raumtemperatur ein favorisiertes Material für photonische Anwendungen. Auch quantentechnologische Systeme könnten von der Integration optischer Verteilnetzwerke auf LNOI‐Basis profitieren, jedoch werden diese Systeme im Kryotemperaturbereich (ca. ‐270 °C) betrieben. In diesem Bereich steht die aktuelle LNOI‐Technologie vor der Herausforderung, dass die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten von LiNbO₃ und dem Si/SiO₂‐Träger zu thermischen Verspannungen an der Kontaktfläche und zu einem hohem mechanischen Versagensrisiko führen.

Es wird eine Technologie erforscht, bei der die Eigenschaften des LiNbO₃ als Wellenleitermaterial ohne LNOI‐Wafer genutzt werden. Inspiriert von der Airgap Insulated Microstructures Technologie (AIM) aus dem Mikrosystem‐ Bereich werden freitragende Wellenleiter ohne ganzflächige Verbindung zum Substrat entwickelt. Ziel des Projekts ist die Skalierungsmöglichkeit für LiNbO₃‐Technologie zu erweitern und den Einsatz in komplexeren kryogenen Quantensystemen zu sichern.

Ein thermomechanisch bedingtes Versagen kann nicht stattfinden, während die Skalierbarkeit und Integrationsdichte der Strukturen in LiNbO₃ wegen der kleineren minimal möglichen Wellenleiter‐Radien erhöht werden. Zudem wird die starke Abhängigkeit von einzelnen Lieferanten von LNOI‐Material aufgelöst. Zunächst soll der Einsatz für Ionenfallen‐basierte Quantencomputer vorbereitet werden. Andere Applikationsperspektiven (z.B. Neutralatom‐basierte Chips, photonisch integrierte Schaltkreise (PICs) zur Quantenkommunikation) sind absehbar.