2026-06-022026-06-02https://hdl.handle.net/11420/63332Chiralität in nanophotonischen Systemen ist ein leistungsfähiger Mechanismus zur Manipulation von Lichtpolarisation und -spin. Eine zentrale Herausforderung bleibt jedoch die dynamische Kontrolle dieser Eigenschaft auf ultraschnellen Zeitskalen. Das Projekt UNIC adressiert diese Lücke mit dem Ziel, die rein optische Steuerung linearer und nichtlinearer Chiralität in neuartigen Hybridstrukturen zu demonstrieren. Diese Strukturen kombinieren dielektrische Metaoberflächen mit geschichteten Van-der-Waals-(vdW)-Materialien. Das Konsortium bringt führende brasilianische (UPM und CNPEM) und deutsche Institutionen (LMU und FSU) zusammen, um das Zusammenspiel von Metaoberflächen-Design, Exzitonendynamik in 2D-Materialien und der Licht-Materie-Wechselwirkung auf der Nanoskala zu erforschen. Der zentrale Ansatz des Projekts nutzt photoinduzierte Symmetriebrechung, um aktive chirale Plattformen zu realisieren. Drei miteinander verknüpfte Ziele werden verfolgt: (1) Entwurf und Realisierung aktiver Metaoberflächen, deren Chiralität im Pikosekundenbereich schaltbar ist. Erreicht wird dies durch das gezielte optische Brechen der Symmetrie eines neuartigen photonischen Zustands, den sogenannten „restored symmetry-protected chiral bound states in the continuum“ (RSP-BICs)”, bei denen ein photonisch achiraler Grundzustand durch optisches Pumpen in einen stark chiralen Zustand überführt wird. (2) Integration maßgeschneiderter vdW-Materialien und Heterostrukturen (z. B. verdrillte Doppelschichten) in Metaoberflächen. Auf diese Weise wird ein optisch steuerbarer Zirkulardichroismus (CD) ermöglicht, der durch die Photoanregung von Ladungsträgern im 2D-Material induziert und durch die Resonanzen der Metaoberfläche gezielt verstärkt wird. (3) Rein optische Kontrolle der nichtlinearen Chiralität. Hierbei untersuchen wir die aktive Modulation des nichtlinearen CDs in hybriden und monolithischen Strukturen. Insbesondere nutzen wir die Interferenz zwischen der nichtlinearen Antwort des photoaktivierten BICs und der Exzitonen im Schichtmaterial, um neue Freiheitsgrade für die Steuerung von chiralem Licht zu erschließen. Durch die Kombination modernster experimenteller und theoretischer Methoden wird UNIC eine neue Klasse miniaturisierter, ultraschneller chiraler photonischer Bauelemente entwickeln. Dafür greift das Projekt auf die synergetische Expertise des Konsortiums in den Bereichen Nanofabrikation, ultraschnelle Spektroskopie, theoretische Modellierung und Materialsynthese zurück. Diese technologischen Fortschritte eröffnen neuartige Anwendungsmöglichkeiten in der Quantenoptik, für durchstimmbare Lichtquellen und in der fortschrittlichen optischen Informationsverarbeitung.Chirality in nanophotonic systems has emerged as a powerful mechanism to manipulate the polarization and spin of light. However, achieving dynamic chirality control on ultrafast timescales remains a major challenge. The UNIC project aims to pioneer all-optical control of linear and nonlinear chirality using hybrid structures composed of dielectric metasurfaces and layered van der Waals (vdW) materials. The consortium brings together leading Brazilian (UPM and CNPEM) and German institutions (LMU and FSU) to explore the interplay between metasurface engineering, excitonic dynamics in 2D materials, and light-matter interaction at the nanoscale. Our central strategy is to create active chiral platforms by leveraging photo-induced symmetry breaking. We will pursue three interconnected objectives: (1) Design and realize active metasurfaces where chirality can be switched ON and OFF on a picosecond timescale. This will be achieved by optically breaking the symmetry of a novel “restored symmetry-protected chiral bound states in the continuum” (RSP-BICs), transforming a photonically achiral ground state into a strongly chiral one. (2) Integrate tailored vdW materials and heterostructures (e.g., twisted bilayers, chiral crystals) with metasurfaces. This will enable optically controlled circular dichroism (CD) by photo-exciting electronic or excitonic populations in the 2D material, with the metasurface providing strong resonant enhancement of the chiroptical response. (3) Achieve all-optical control of nonlinear chirality. We will investigate the active modulation of nonlinear CD in hybrid and monolithic structures. We will exploit the interference between the nonlinear response of the photo-activated BIC and the excitons in the layered material to create new degrees of freedom for controlling chiral light. By combining cutting-edge experimental and theoretical methods and leveraging the synergistic expertise of the consortium spanning nanofabrication, ultrafast spectroscopy, theoretical modeling, and 2D materials synthesis, UNIC will deliver a new class of miniaturized, high-speed chiral photonic devices. These advancements will pave the way for novel applications in quantum optics, tunable light sources, and next-generation optical information processing.