Dr. Sergey Kruk von der Australian National University hat ein Humboldt-Forschungsstipendium für Postdoktoranden der Alexander von Humboldt-Stiftung erhalten und forscht damit zwei Jahre lang an der Universität Paderborn. Mit dem Stipendium sollen überdurchschnittlich qualifizierte Wissenschaftler*innen aus der ganzen Welt, die am Anfang ihrer wissenschaftlichen Laufbahn stehen, bei ihren Forschungsvorhaben in Deutschland unterstützt werden. Die Bewerber*innen wählen ihr Vorhaben und ihre Gastgeber*innen dabei selbst. Seit einem Jahr forscht Kruk nun in der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nanophotonik“ von Prof. Dr. Thomas Zentgraf an der Universität Paderborn auf dem Gebiet der sogenannten nichtreziproken Nanooptik. Mit seiner Arbeit in Paderborn möchte der australische Wissenschaftler einen Beitrag zu neuen optischen Bauelementen für die optische Telekommunikation und Quanteninformationsverarbeitung leisten.
„Die Optik im 21. Jahrhundert durchläuft zurzeit revolutionäre Veränderungen, die durch neue technische Möglichkeiten bei der Nanostrukturierung von optischen Materialien angetrieben wird“, so der Leiter der Arbeitsgruppe Prof. Dr. Zentgraf. Forschung im Nano-Bereich befasst sich mit sehr kleinen Objekten – die Nanophotonik entsprechend mit dem Verhalten und der Anwendung von Licht in ganz kleinen Dimensionen. „Bisher konnten wir bereits viele neue Funktionalitäten mithilfe von nanophotonischen Elementen, realisieren – beispielsweise komplexe holographische Bildgebung, Wellenlängenumwandlung bei Lichterzeugung und spezielle Strukturen, die die Lichtausbreitung in einem optischen Chip auf engstem Raum ermöglichen.“ Eine große Herausforderung sei es jedoch nach wie vor, eine sogenannte nichtreziproke Lichtausbreitung bei diesen kleinen Dimensionen zu erreichen. Zentgraf erklärt: „Reziprok bedeutet, dass das Licht den gleichen Weg rückwärts wie vorwärts durch eine Struktur gehen kann. Eine nichtreziproke Lichtausbreitung ist daher vergleichbar mit einer Einbahnstraße für Licht, bei der sich Licht nur in eine Richtung ausbreiten kann. Nichtreziprozität in der Optik ist eine besondere Eigenschaft bei der Lichtausbreitung, die dazu führt, dass Licht unterschiedliche Materialeigenschaften wahrnimmt, wenn sich die Richtung des Lichts umkehrt.“ Ein Beispiel für ein solches optisches System wäre eine Glasscheibe, die von einer Seite transparent ist und das Licht passieren lässt, von der anderen Seite aus betrachtet aber wie ein Spiegel wirkt und das Licht reflektiert. Seit mittlerweile einem Jahr entwickelt Kruk solche ungewöhnlichen optischen Materialien an der Universität Paderborn und möchte mit seiner Forschung zeigen, dass sich solche optischen Einbahnstraßen mit nanophotonischen Elementen realisieren lassen.
