Kleiner Spin, große Quantenwirkung

Quantentechnologien gelten als Schlüssel der Zukunft. Doch ihre Erforschung erfordert nicht nur wissenschaftliche Expertise, sondern mitunter auch hochspezialisierte Laborbedingungen. Ein faszinierendes Beispiel sind Bose-Einstein-Kondensate, in denen Atome gewissermaßen im Gleichschritt marschieren, sodass quantenmechanische Effekte nicht nur auf der Ebene einzelner Atome auftreten, sondern im makroskopischen Maßstab sichtbar werden. Die ersten Bose-Einstein-Kondensate wurden in ultrakalten Atomgasen nachgewiesen, also bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt. Die dafür nötige Kühlung war aufwändig, kostspielig und auf spezialisierte Labore beschränkt.

Heute richtet sich der Blick in der Quantenforschung auf Bose-Einstein-Kondensate in Festkörpern, die auch bei moderaten Temperaturen existieren können. Typischerweise verwendet man hierzu Elektron-Loch-Paare in einem Halbleiter, sogenannte Exzitonen, die gezielt mittels Laser-Impulsen erzeugt werden können. Da Exzitonen aber vereinfacht gesagt zu träge sind, um sich im Gleichschritt zu bewegen, koppelt man sie an das Lichtfeld eines Resonators, um ihre effektive Masse zu reduzieren. Das Resultat ist ein Mischzustand aus Materie und Licht: Exziton-Polaritonen. Sie bieten das Beste aus zwei Welten, denn sie lassen sich mit Laser-Impulsen steuern und weil sie deutlich leichter sind, können sie einfacher in einen gemeinsamen quantenmechanischen Zustand gebracht werden.