Viele moderne Technologien stützen sich auf Licht. In verschiedensten Bereichen profitieren wir bereits heute von lichtbasierten Technologien wie bei Verschlüsselungsmethoden oder der Datenübertragung. Dr. Sergey Kruk von der Australian National University erforscht das Verhalten und die Anwendung von Licht in kleinsten Dimensionen. Für seine exzellente Arbeit in der Nanophotonik hat der australische Wissenschaftler nun ein Forschungsstipendium für Postdoktoranden im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen des Europäischen Förderprogramms „Horizont 2020“ erhalten und sich entschieden, für sein Projekt an der Universität Paderborn zu arbeiten. Mit dem Stipendium unterstützt die Europäische Kommission überdurchschnittlich qualifizierte Wissenschaftler aus der ganzen Welt, die am Anfang ihrer wissenschaftlichen Laufbahn stehen, bei ihren Forschungsvorhaben in Europa. Die Bewerber wählen ihr Vorhaben und ihre Gastgeber dabei selbst. Bei den Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen stehen neben der wissenschaftlichen Exzellenz der Forschungsprojekte die internationale und sektorübergreifende Mobilität sowie die Ausbildung der geförderten Forscher im Fokus. Für die nächsten zwei Jahre forscht Kruk in der Arbeitsgruppe „Ultraschnelle Nanophotonik“ von Prof. Dr. Thomas Zentgraf in Paderborn. Mit seiner Arbeit auf dem Gebiet der sogenannten nichtreziproken Nanooptik möchte der australische Wissenschaftler einen Beitrag zu neuen optischen Bauelementen für die optische Telekommunikation und Quanteninformationsverarbeitung leisten.
„Die Photonik unterliegt zurzeit revolutionären Veränderungen, die durch neue technische Möglichkeiten bei der Nanostrukturierung, also der Strukturierung auf submikroskopischem Niveau, von optischen Materialien sowie neuen Konzepten angetrieben wird“, sagt Prof. Dr. Zentgraf. „Wir konnten bereits viele neue optische Effekte mithilfe von nanophotonischen Elementen realisieren – beispielsweise komplexe holographische Bildgebung oder spezielle Strukturen, die die Lichtausbreitung in einem optischen Chip auf engstem Raum ermöglichen“, so der Physiker weiter. Eine große Herausforderung sei es jedoch nach wie vor, eine sogenannte nichtreziproke Lichtausbreitung bei diesen kleinen Dimensionen zu erreichen. Zentgraf erklärt: „Während das Licht bei einer reziproken Lichtausbreitung den gleichen Weg rückwärts wie vorwärts durch eine Struktur gehen kann, ist eine nichtreziproke Lichtausbreitung vergleichbar mit einer Einbahnstraße, 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 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. In seinem Forschungsprojekt möchte Kruk solche nichtreziproken optischen Elemente mit einer Frequenzumwandlung kombinieren. Dabei komme es an den Nanostrukturen zu einer zusätzlichen Änderung der Wellenlänge des Lichts, wie Kruk erklärt. „Auf diese Weise lässt sich das für das menschliche Auge unsichtbare infrarote Licht gleichzeitig in sichtbares Licht umwandeln. Solche Nanostrukturen haben das Potential, zu neuartigen optischen Materialien zu führen, die für rein optische Schalter zum Schalten von Licht, z. B. bei optischen Computerchips, eingesetzt werden können.“
Weitere Informationen zu den Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen: https://ec.europa.eu/research/mariecurieactions/
