Topologie und Licht

Von Elektronen zu Photonen

Topologische Effekte sind universell! Die mathematischen Prinzipien der Topologie lassen sich nicht nur auf Elektronen, sondern ebenso auf viele andere physikalische Systeme anwenden. So wurden zum Beispiel optische Mikroresonatoren wie Kohlenstoffatome in einer Graphenschicht angeordnet. Optische Mikroresonatoren sind kleine Laser, die hierbei in einem Gitter miteinander verbunden sind. Durch eine Kombination spezieller optischer Eigenschaften und Materialmerkmale bei angelegtem Magnetfeld wird Licht anstatt von Elektronen rückstreufrei um den Rand einer Struktur geschickt.

Schickt das Licht um die Ecke!

An-Der-Spitze

Bei diesem Modell eines optischen topologischen Isolators kann das Licht um die Ecke wandern! Zu sehen ist eine Honigwabenstruktur optischer Resonatoren. Das Licht wird in den roten Quantenfilmen mithilfe eines Lasers erzeugt und von schwarz-weißen Spiegeln eingeschlossen. Der Durchmesser der Türmchen entspricht in Wirklichkeit nur etwa zwei Mikrometern, deutlich weniger als der eines menschlichen Haares. Die Mitte ist isolierend, sodass sich das Licht nicht dorthin ausbreiten kann. Es breitet sich entlang des Randes aus.

An der Spitze

Ein Forschungsteam der Technischen Physik in Würzburg realisierte 2018 erstmals einen solchen topologischen Isolator für eine spezielle optische Anregung – die Exziton-Polaritonen, einen Mischzustand aus Licht und Materie.

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