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Optik: Hall-Effekt lenkt auch Photonen

Tritt Licht von Luft in Glas, wird es nicht nur durch den Wechsel des Brechungsindex abgelenkt, sondern zusätzlich durch den Spin-Hall-Effekt, der zuvor nur an elektronischen Systemen beobachtet wurde. Erst jetzt konnten Onur Hosten und Paul Kwiat von der Universität von Illinois nachweisen, dass auch Photonen dieser Quantenablenkung folgen.

Beim klassischen Hall-Effekt bewegen sich fließende Elektronen unter dem Einfluss eines magnetischen Feldes senkrecht zu ihrer Wanderrichtung, wodurch eine elektrische Spannung entsteht. Die verantwortliche Lorentzkraft wird schließlich durch die Wirkung dieser Hall-Spannung kompensiert.

Ähnliches passiert beim Spin-Hall-Effekt. Allerdings greift die Ablenkung diesmal den Spin der Elektronen an und geht auf Streuung an Defekten oder Spin-Bahn-Kopplungen im Material zurück. Für Photonen wurde ein analoges Verhalten zwar theoretisch vorhergesagt – experimentell beobachtet hatte es jedoch noch niemand.

Hosten und Kwiat schickten dafür Photonen auf eine Grenzschicht von Luft und Glas, deren unterschiedliche Brechungsindizes auf das Licht wirkten wie ein elektrisches Feld auf Elektronen. Dadurch spaltete sich der Strahl in seine beiden Spin-Komponenten (+1 und -1), die um den Bruchteil der jeweiligen Wellenlänge voneinander versetzt wurden. (of)

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