Forskere fanger lys i en tragt

Professor Ronny Thomale har en lærestol for teoretisk kondenseret stoffysik, TP1, ved Julius-Maximilian University of Würzburg. Opdagelsen og den teoretiske beskrivelse af nye kvantetilstande i stof er et hovedformål med hans forskning. "At udvikle en teori for et nyt fysisk fænomen, som derefter inspirerer til nye eksperimenter, der søger efter denne effekt, er et af de største øjeblikke i en teoretisk fysikers praksis, " siger han. I et ideelt tilfælde, en sådan effekt ville endda frigøre uventet teknologisk potentiale.

Alt dette er kommet sammen med et nyligt projekt, som Thomale forfulgte sammen med den optiske eksperimentelle gruppe af professor Alexander Szameit ved universitetet i Rostock, hvis resultater nu er offentliggjort i Videnskab .

Spotlanding i en optisk fiber 10 kilometer lang

"Vi har formået at realisere en effekt, vi kalder en 'lystragt', " forklarer Thomale. Gennem denne nye effekt, lys i en optisk fiber med en længde på 10 kilometer kan akkumuleres på et bestemt punkt i ledningen. Mekanismen bag dette fænomen er den såkaldte 'non-hermitian skin effect', som Thomale bidrog med relevant teoretisk arbejde til i 2019. Specifikt, Thomales arbejde har muliggjort forståelsen af ​​hudeffekten inden for rammerne af topologiske stoftilstande.

Topologisk stof har udviklet sig til et af de mest levende forskningsområder inden for moderne fysik. I Würzburg, feltet er blevet banebrydende af halvlederforskning af Gottfried Landwehr og Klaus von Klitzing (Nobelprismodtager 1985), som i det seneste årti blev videreført af Laurens W. Molenkamp.

Forskning i naturens topologi

Udtrykket topologi stammer fra de gamle græske ord for 'studie' og 'sted'. Grundlagt som en overvejende matematisk disciplin, det har nu bredt spredt sig til fysikken, inklusive optik. Sammen med andre platforme for syntetisk stof, de danner den bredere retning kaldet topologiske metamaterialer, som forskerne forventer fundamental fremtidig teknologisk innovation af.

Her, fysikere tyer ikke udelukkende til materialer og kemiske sammensætninger givet af naturen. Hellere, de udvikler nye syntetiske krystaller sammensat af skræddersyede kunstige frihedsgrader. Med hensyn til lystragten udviklet af Thomale og Szameit, den valgte platform er en optisk fiber, som leder lys langs fiberen, men som samtidig giver mulighed for detaljeret rumligt løst manipulation.

Optiske detektorer med høj følsomhed

"Lysakkumuleringen opnået af lystragten kunne være grundlaget for at forbedre følsomheden af ​​optiske detektorer og dermed muliggøre hidtil usete optiske applikationer, " forklarer Thomale. Ifølge Thomale, imidlertid, lystragten er kun begyndelsen. "Allerede på dette stadium arbejder vi på mange nye ideer inden for topologisk fotonik og deres potentielle teknologiske anvendelse."

Til Thomales overbevisning, Würzburg giver et fremragende miljø til at forfølge denne forskningsretning. Dette har for nylig manifesteret sig i ekspertise-klyngen 'ct.qmat', som i fællesskab blev givet til JMU Würzburg og TU Dresden. En stor søjle i forskning af 'ct.qmat' er centreret omkring syntetisk topologisk stof, hvilket er stærkt understøttet af forskningen udført ved Thomales stol TP1 i Würzburg.

Forskerholdet i Rostock omkring Alexander Szameit er konstitutivt integreret i 'ct.qmat.' For eksempel, Thomale og Szameit vejleder i fællesskab ph.d. studerende økonomisk støttet gennem 'ct.qmat.' "Allerede et par måneder efter grundlæggelsen, synergierne skabt af ct.qmat betaler sig, og demonstrere den stimulerende virkning af en sådan ekspertiseklynge på banebrydende forskning i Tyskland, " slutter Thomale.