Erfolgreiche Übertragung von Quanten-Hall- und Spin-Hall-Effekt auf hybrides Licht-Materie-System –
Forschenden des Exzellenzclusters ctd.qmat aus Würzburg und Dresden ist es erstmals gelungen, zentrale topologische Effekte der Festkörperphysik auf ein hybrides Licht-Materie-System zu übertragen. An der Arbeit beteiligt war auch Prof. Dr. Sven Höfling aus dem QR.N-Verbund. Die Ergebnisse des Experiments wurden Mitte Februar 2026 in Nature Communications veröffentlicht.
Im Fokus der Studie stehen der Quanten-Hall- und der Spin-Hall-Effekt – zwei Phänomene, die den Transport von Elektronen entlang von Materialkanten besonders robust gegenüber Störungen machen. Ziel der Forschenden war es, diese Schutzmechanismen auf sogenannte Polaritonen zu übertragen. Dabei handelt es sich um hybride Teilchen, die aus Licht (Photonen) und Materie (Exzitonen) bestehen. Die Polaritonen entstehen in speziell strukturierten Halbleitermaterialien aus Galliumarsenid (GaAs). In dem Experiment wurden elliptisch geformte Mikrosäulen in einer Kette angeordnet, in denen Licht und Materie stark miteinander wechselwirken. Trifft Laserlicht auf diese Struktur, bilden sich Polaritonen, die durch Spiegelschichten in den Mikrosäulen eingeschlossen werden. Entscheidend ist dabei die gezielte Geometrie der Anordnung: Sie erzeugt ein sogenanntes künstliches Eichfeld, das das Verhalten der Polaritonen steuert – ähnlich wie ein Magnetfeld den Transport von Elektronen beeinflusst. Im resultierenden hybriden Materialsystem bewegt sich das Licht je nach Polarisation entlang unterschiedlicher Pfade durch das Material. Links- und rechtszirkular polarisiertes Licht propagiert dabei in entgegengesetzte Richtungen – eine optische Entsprechung des Spin-Hall-Effekts.
Die Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für photonische und quantentechnologische Anwendungen. Dazu zählen etwa topologische Polariton-Laser, spinbasierte Bauelemente oder neue Ansätze für die optische Informationsverarbeitung. Auch die Polarisation des Lichts selbst könnte künftig gezielt zur Informationsübertragung genutzt werden. Hier geht es zum Paper.
Quellennachweis: https://www.uni-wuerzburg.de/aktuelles/pressemitteilungen/single/news/topologie-licht-wuerzburger-forschende-erzeugen-optisches-phaenomen/
