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Technology Outlook 2019
Big Data, nachhaltige Lebensmittelproduktion und Photovoltaik: Auf diese und weitere Technologien sollte die Schweiz setzen.
«Stark wechselwirkende Photonen sind so etwas wie der heilige Gral in unserem Fachgebiet, der Photonik», erklärt Aymeric Delteil, der in Imamoğlus Labor als Postdoktorand arbeitet. Um die Lichtteilchen dazu zu bringen, sich gegenseitig abzustossen, müssen er und seine Kollegen allerdings einigen Aufwand betreiben. Mittels einer Glasfaser leiten sie kurze Laserpulse in einen optischen Resonator, in dem das Licht stark gebündelt auf ein Halbleitermaterial trifft. Dieses Material wird in einem Kryostaten – einem extrem leistungsfähigen Kühlschrank – auf minus 269 Grad Celsius abgekühlt. Bei diesen niedrigen Temperaturen können sich die Photonen mit elektronischen Anregungen des Materials vereinen. Durch diese Vereinigung entstehen sogenannte Polaritonen. Am anderen Ende des Materials werden diese wieder zu Photonen, die den Resonator verlassen.
In ihrem neuen Experiment konnten die Forscher nun nachweisen, dass tatsächlich einzelne Polaritonen – und damit indirekt die Photonen, die in ihnen enthalten sind – miteinander wechselwirken. Dies ist erkennbar an der Art und Weise, wie die Photonen, die aus dem Resonator wieder austreten, miteinander korrelieren. Um diese sogenannte Quantenkorrelation zu bestimmen, misst man die Wahrscheinlichkeit, dass nach einem Photon in kurzem Abstand noch ein zweites aus dem Resonator austritt. Kommen sich die Photonen über ihre Polaritonen im Halbleiter gegenseitig in die Quere, ist diese Wahrscheinlichkeit geringer, als man das von nicht miteinander wechselwirkenden Photonen erwarten würde.
Im Extremfall sollte es sogar zu einer «Photonenblockade» kommen, einem Effekt, den Imamoğlu bereits vor 20 Jahren postuliert hat: Ein Photon im Halbleitermaterial, das ein Polariton gebildet hat, hindert ein weiteres Photon komplett daran, in das Material einzudringen und dort ebenfalls zum Polariton zu werden.
ethz.ch