Von der Quantenphysik zu intelligenten Geräten
Der exzitonische Teil von Polaritonen ermöglicht ihnen, mit ihrer Umgebung stark zu interagieren, wodurch nonlineare Phänomene entstehen, die sich auf Elektronen auswirken. Ihr photonischer Teil wiederum begrenzt ihr Verhalten nach der klassischen Mechanik, wodurch sie Informationen mit minimalem Datenverlust transportieren können. Polaritonen sind nicht nur von großem wissenschaftlichem Interesse, sie verfügen auch über das Potential, optoelektronische Geräte zu ermöglichen, die kollektive Quanteneffekte bei Zimmertemperatur nutzen können. Das neue Feld der Polaritonik stellt sich als vielversprechende Alternative gegenüber rein photonischen und elektronischen Geräten heraus. Das EU-finanzierte Projekt "Exciton-polariton optoelectronic and quantum employment in semiconductors" (EPOQUES) konzentrierte sich auf die polaritonischen Phänomene in Quantentöpfen und Polaritonen-Kondensaten. Während des zweijährigen Projekts wurden in beiden Bereichen wesentliche Fortschritte erzielt. Die EPOQUES-Wissenschaftler entwickelten einen neuen Ansatz zur räumlichen Modulation des Lichts mithilfe der Wechselwirkungen zwischen Exzitonen, die in einer mehrschichtigen Halbleiterstruktur eingefangen sind. Durch Variieren des Energieniveaus der Exzitonen mit schwachen elektrischen Feldern konnten Intensität und Phase des reflektierten Lichts gesteuert werden. Dieser neue Ansatz könnte die Grundlage für holografische Arrays bilden. Des Weiteren kamen die EPOQUES-Wissenschaftler zu einem tieferen Verständnis der Phänomene, die durch Spin-Bahn-Kopplung in einem kohärenten Gas sogenannter indirekter Exzitonen verursacht werden. Sie erforschten insbesondere den Spintransport bei Exzitonen, die in Quantentöpfen gebildet wurden, um fortschrittliche spintronische Geräte zu konstruieren, die auf der langen Lebensdauer dieser Quasiteilchen beruhen. Die Erforschung von Polaritonen-Kondensaten konzentriert sich auf den Transport von Teilchen über makroskopische Distanzen und die Steigerung der Intensität des Kondensats während dieser Bewegung. Die Ergebnisse des EPOQUES-Projekts beschränken sich nicht auf die praktische Anwendung von Polaritonen als Grundbestandteil optischer Verstärker und logischer Schaltungen. Eine Reihe von Tools wurde entwickelt, um die Wechselwirkungen zwischen Polaritonen zu beschreiben, und diese wurden in wissenschaftlichen Arbeiten vorgestellt, welche in expertengeprüften Fachzeitschriften veröffentlicht wurden. Die EPOQUES-Ergebnisse sind für die akademische Gemeinschaft sowie für industrielle Forschungseinrichtungen von Interesse, und gleichzeitig tragen sie dazu bei, dass Europa seine Führungsposition in diesem Bereich halten kann.
Schlüsselbegriffe
Polaritonen, optoelektronische Geräte, Exziton-Polariton, Halbleiter, Spintransport