Physiker der Universität Paderborn veröffentlichen Ergebnisse in Nature Communications
Paderborn. Die Manipulation von Licht ist ein zentraler Bestandteil moderner Informations- und Kommunikationstechnologien. Die Licht-Materie-Wechselwirkung kann z. B. durch den Einsatz optischer Resonatoren oder spezieller Materialien wie sogenannter Flüssigkristalle maßgeschneidert werden. Das ermöglicht es, verschiedene Zustände kleinster Lichtteilchen – auch Photonen genannt – gezielt zu erzeugen und aktiv zu steuern. Elektrische Felder erlauben die Steuerung geladener Teilchen. Eine direkte Kontrolle neutraler, also ungeladener Teilchen wie der Photonen, ist in der Praxis viel komplizierter. Aber: Sie kann durch sogenannte synthetische Eichfelder erreicht werden. In einer aktuellen Arbeit demonstrieren Wissenschaftler der Universität Paderborn und der chinesischen Tianjin University die Erzeugung solcher Felder für optische Anregungen in einer speziellen photonischen Mikrostruktur. Damit lässt sich die Emissionsrichtung und der Polarisationszustand bzw. die Schwingungsrichtung der elektromagnetischen Wellen des von der Struktur erzeugten Lichtes steuern. Die Ergebnisse wurden jetzt im Fachjournal „Nature Communications“ veröffentlicht.
Prof. Dr. Stefan Schumacher von der Universität Paderborn. (Foto: Matthias Groppe)
Die erzielten Ergebnisse sind Resultat der gemeinsamen Arbeit von Dr. Xuekai Ma und Prof. Dr. Stefan Schumacher von der Universität Paderborn und der Gruppe um Prof. Dr. Tingge Gao von der chinesischen Tianjin University. Gao erklärt: „Kern der aktuellen Studie ist die Kombination eines neuartigen optisch aktiven Halbleitermaterials mit einem optisch anisotropen Flüssigkristall.“ Dies erlaubt die gezielte Kontrolle und Beobachtung des gewünschten Effektes. „Die durch das künstliche Eichfeld erzeugte Aufspaltung der optischen Anregungen und damit die Aufspaltung des erzeugten
Lichtes in verschiedene Polarisationskomponenten ist ähnlich zur Trennung von positiv und negativ geladenen Teilchen im elektrischen Feld,” so der Paderborner Physiker Schumacher. Das verwendete perovskitische Halbleitermaterial ermöglicht dabei die Umsetzung ohne Kühlung bei Raumtemperatur, ohne Verlust der starken Licht-Materie Kopplung. „Damit wird der beobachtete neue physikalische Effekt nicht nur für weitere Studien nichtlinearer optischer Phänomene interessant, sondern auch für darauf aufbauende neuartige funktionale optische Elemente und Strukturen,“ ergänzt Ma.
Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen des Sonderforschungsbereiches TRR142 „Tailored Nonlinear Photonics” und im Rahmen des DFG Projektes Nr. 467358803 finanziell unterstützt.
