Il professor Ronny Thomale è titolare di una cattedra di fisica teorica della materia condensata, il TP1, presso l'Università Julius-Maximilian di Würzburg. La scoperta e la descrizione teorica di nuovi stati quantistici della materia è un obiettivo primario della sua ricerca. "Sviluppare una teoria per un nuovo fenomeno fisico che ispiri poi nuovi esperimenti alla ricerca di questo effetto è uno dei momenti più importanti nella pratica di un fisico teorico, " dice. In un caso ideale, un tale effetto sbloccherebbe persino un potenziale tecnologico inaspettato.

Tutto questo si è unito a un recente progetto che Thomale ha portato avanti insieme al gruppo sperimentale ottico del professor Alexander Szameit presso l'Università di Rostock, i cui risultati sono stati ora pubblicati in Scienza .

Atterraggio spot in fibra ottica di 10 chilometri di lunghezza

"Siamo riusciti a realizzare un effetto che chiamiamo 'imbuto leggero', " spiega Thomale. Attraverso questo nuovo effetto, la luce in una fibra ottica lunga 10 chilometri può essere accumulata in un punto specifico del filo. Il meccanismo alla base di questo fenomeno è il cosiddetto "effetto pelle non hermitiana" a cui Thomale ha contribuito con un lavoro teorico rilevante nel 2019. In particolare, Il lavoro di Thomale ha permesso di comprendere l'effetto pelle nel quadro fissato dagli stati topologici della materia.

La materia topologica si è evoluta in una delle aree di ricerca più vivaci della fisica contemporanea. A Würzburg, il campo è stato sperimentato dalla ricerca sui semiconduttori di Gottfried Landwehr e Klaus von Klitzing (premio Nobel 1985), che nell'ultimo decennio è stato continuato da Laurens W. Molenkamp.

Ricerca sulla topologia della natura

Il termine topologia deriva dalle antiche parole greche per 'studio' e 'luogo'. Nata come disciplina prevalentemente matematica, ora si è ampiamente diffuso nella fisica, compresa l'ottica. Insieme ad altre piattaforme di materia sintetica, formano la direzione più ampia denominata metamateriali topologici di cui i ricercatori si aspettano un'innovazione tecnologica futura fondamentale.

Qui, i fisici non ricorrono esclusivamente a materiali e composizioni chimiche date dalla natura. Piuttosto, sviluppano nuovi cristalli sintetici composti da gradi di libertà artificiali su misura. Per quanto riguarda il light funnel sviluppato da Thomale e Szameit, la piattaforma prescelta è una fibra ottica che conduce la luce lungo la fibra ma allo stesso tempo consente una dettagliata manipolazione risolta nello spazio.

Rivelatori ottici ad alta sensibilità

"L'accumulo di luce ottenuto dall'imbuto luminoso potrebbe essere la base per migliorare la sensibilità dei rilevatori ottici e quindi consentire applicazioni ottiche senza precedenti, " spiega Thomale. Secondo Thomale, però, l'imbuto di luce è solo l'inizio. "Già in questa fase stiamo lavorando su molte nuove idee nel campo della fotonica topologica e della loro potenziale applicazione tecnologica".

Alla convinzione di Thomale, Würzburg offre un ambiente eccellente per perseguire questa direzione di ricerca. Ciò si è manifestato di recente nel cluster di eccellenza 'ct.qmat' che è stato concesso congiuntamente a JMU Würzburg e TU Dresden. Un importante pilastro della ricerca di "ct.qmat" è incentrato sulla materia topologica sintetica, che è fortemente supportato dalla ricerca svolta presso la sedia TP1 di Thomale a Würzburg.

Il gruppo di ricerca di Rostock intorno ad Alexander Szameit è costitutivamente integrato in "ct.qmat". Ad esempio, Thomale e Szameit supervisionano congiuntamente il dottorato di ricerca. studenti sostenuti finanziariamente tramite 'ct.qmat.' "Già a pochi mesi dalla sua fondazione, le sinergie create da ct.qmat pagano, e dimostrare l'impatto stimolante di tale cluster di eccellenza sulla ricerca all'avanguardia in Germania, " Conclude Thomale.