Le professeur Ronny Thomale est titulaire d'une chaire de physique théorique de la matière condensée, le TP1, à l'Université Julius-Maximilian de Würzburg. La découverte et la description théorique de nouveaux états quantiques de la matière est un objectif primordial de ses recherches. "Développer une théorie pour un nouveau phénomène physique qui inspire ensuite de nouvelles expériences à la recherche de cet effet est l'un des plus grands moments de la pratique d'un physicien théoricien, " dit-il. Dans un cas idéal, un tel effet libérerait même un potentiel technologique inattendu.

Tout cela s'est concrétisé avec un projet récent que Thomale a poursuivi avec le groupe d'expérimentation optique du professeur Alexander Szameit à l'Université de Rostock, dont les résultats sont maintenant publiés dans Science .

Atterrissage spot dans une fibre optique de 10 kilomètres de long

« Nous avons réussi à obtenir un effet que nous appelons un « entonnoir de lumière », " explique Thomale. A travers ce nouvel effet, la lumière dans une fibre optique de 10 kilomètres de long peut être accumulée à un point spécifique de choix dans le fil. Le mécanisme sous-jacent à ce phénomène est le soi-disant «effet de peau non hermitien» auquel Thomale a contribué à des travaux théoriques pertinents en 2019. Plus précisément, Les travaux de Thomale ont permis de comprendre l'effet de peau dans le cadre des états topologiques de la matière.

La matière topologique est devenue l'un des domaines de recherche les plus dynamiques de la physique contemporaine. A Wurtzbourg, le domaine a été mis au point par la recherche sur les semi-conducteurs de Gottfried Landwehr et Klaus von Klitzing (lauréat du prix Nobel 1985), qui, au cours de la dernière décennie, a été poursuivie par Laurens W. Molenkamp.

Recherche sur la topologie de la nature

Le terme topologie provient des anciens mots grecs pour « étude » et « lieu ». Fondée comme une discipline à prédominance mathématique, il s'est maintenant largement répandu en physique, y compris l'optique. Avec d'autres plates-formes de matière synthétique, ils forment la direction plus large nommée métamatériaux topologiques dont les chercheurs attendent une future innovation technologique fondamentale.

Ici, les physiciens ne recourent pas exclusivement à des matériaux et à des compositions chimiques donnés par la nature. Plutôt, ils développent de nouveaux cristaux synthétiques composés de degrés de liberté artificiels sur mesure. En ce qui concerne l'entonnoir lumineux développé par Thomale et Szameit, la plate-forme de choix est une fibre optique qui conduit la lumière le long de la fibre mais permet en même temps une manipulation détaillée résolue dans l'espace.

Détecteurs optiques à haute sensibilité

"L'accumulation de lumière obtenue par l'entonnoir de lumière pourrait être la base pour améliorer la sensibilité des détecteurs optiques et permettre ainsi des applications optiques sans précédent, " explique Thomale. Selon Thomale, cependant, l'entonnoir de lumière n'est que le début. "Déjà à ce stade, nous travaillons sur de nombreuses nouvelles idées dans le domaine de la photonique topologique et leur application technologique potentielle."

A la conviction de Thomale, Würzburg offre un excellent environnement pour poursuivre cette direction de recherche. Cela s'est récemment manifesté dans le pôle d'excellence « ct.qmat » qui a été attribué conjointement au JMU Würzburg et à la TU Dresden. Un pilier majeur de la recherche de 'ct.qmat' s'articule autour de la matière topologique synthétique, ce qui est fortement soutenu par les recherches menées à la chaire Thomale TP1 à Würzburg.

L'équipe de recherche à Rostock autour d'Alexander Szameit est constitutivement intégrée dans 'ct.qmat.' Par exemple, Thomale et Szameit supervisent conjointement le doctorat. étudiants soutenus financièrement via 'ct.qmat.' « Déjà quelques mois après sa fondation, les synergies créées par ct.qmat portent leurs fruits, et démontrer l'impact stimulant d'un tel pôle d'excellence sur la recherche de pointe en Allemagne, " conclut Thomas.