Neuere Forschungen haben gezeigt, dass es möglich ist, eine neue Lichtform zu erzeugen, indem Licht an ein Elektron gebunden wird, wodurch die Eigenschaften beider kombiniert werden. Gebundenes Licht und ein Elektron können Eigenschaften haben, die zu Schaltkreisen führen, die mit Lichtpaketen - Photonen - anstelle von Elektronen arbeiten, so Wissenschaftler am Imperial College London, die die Studie durchgeführt haben.
Es wird Wissenschaftlern auch ermöglichen, quantenphysikalische Phänomene zu untersuchen, an denen Teilchen beteiligt sind, die kleiner als Atome sind.
In herkömmlichen Materialien interagiert Licht mit einer Vielzahl von Elektronen, die auf und innerhalb des Materials vorhanden sind. Mithilfe der theoretischen Physik zur Modellierung des Verhaltens von Licht und einer neu entdeckten Klasse von Materialien, die als topologische Isolatoren bekannt sind, haben Forscher des Imperial College herausgefunden, dass es mit nur einem Elektron auf der Oberfläche interagieren kann.
Auf diese Weise können Sie ein Paar erstellen, das die Eigenschaften von Licht und Elektron kombiniert. Normalerweise bewegt sich Licht in einer geraden Linie, aber wenn es an ein Elektron gebunden ist, folgt es seinem Weg auf der Oberfläche des Materials.
In einer in Nature Communications veröffentlichten Studie modellierten Dr. Vincenzo Giannini und Kollegen diese Wechselwirkung mithilfe eines Nanopartikels - einer kleinen Kugel mit einem Durchmesser von weniger als 0,00000001 Metern - aus einem topologischen Isolator.
Ihre Modelle zeigten, dass genau wie Licht die Eigenschaften eines Elektrons annimmt und durch ein Teilchen hindurchgeht, ein Elektron einige Eigenschaften von Licht annimmt. Wenn sich Elektronen durch Materialien bewegen - zum Beispiel in einem Stromkreis -, hören sie normalerweise auf, wenn sie auf einen Defekt stoßen. Aber wie Gianninis Gruppe zeigte, würde das Elektron sie selbst mit Hilfe von Licht überwinden, selbst wenn es unvollständige Bereiche auf der Oberfläche des Nanopartikels gäbe.
Wenn dies auf photonische Schaltungen angewendet werden kann, sind sie zuverlässiger und weniger anfällig für Verschlechterung und physikalische Defekte.
„Die Ergebnisse dieser Forschung werden einen großen Einfluss darauf haben, wie wir uns Licht vorstellen. Topologische Isolatoren wurden erst im letzten Jahrzehnt entdeckt, aber sie bieten uns bereits neue Phänomene zum Studieren und neue Möglichkeiten zum Testen wichtiger Konzepte in der Physik “, sagt Giannini. Und er fügt hinzu, dass die Phänomene, die er in Experimenten modelliert hat, mit moderner Technologie beobachtet werden können, und seine Gruppe arbeitet bereits mit Experimentalphysikern zusammen, um dies umzusetzen.
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Er glaubt, dass der Prozess, der zur Schaffung einer neuen Form von Licht führt, skaliert werden kann, um solche Phänomene viel einfacher zu beobachten. Gegenwärtig können Quantenphänomene nur durch Untersuchung sehr kleiner oder unterkühlter Objekte beobachtet werden. Der jüngste Durchbruch könnte es Wissenschaftlern jedoch ermöglichen, diese Verhaltensweisen bei Raumtemperatur zu untersuchen.
ILYA KHEL
