Polaritons Eine Musik- und Textperformance von Dr. rer. nat. Jutta Köhler und Dr. Jörg Schäffer Herbstmaterial 2007, am 13. Oktober 2007 in der Kunstakademie München, Neuer Erweiterungsbau Akademiestraße 4, München

Polaritons - theoretisch Polaritons sind Quasiteilchen, sie beschreiben die Eigenzustände, die kohärente Zustände von elektromagnetischen Wellen und Elektronen im Festkörper. Sie werden in der allgemeinen Quantentheorie durch Feynmann Diagramme oder Gleichungen aus der Theorie der Dispersion beschrieben. Polaritons sind gemischte Zustände des Strahlungsfeldes mit diskreten Anregungen (Excitons) im Halbleiter. m = Masse des Polaritons n = refraktiver Index cavity Medium L = Cavity Breite λc = Compton Wellenlänge Referenzen: [1] Leonid V. Butov, Nature Vol 44, 31 May 2007, page [2] Christopoulos, S. et al. Phys. Rev. Lett. 98, (2007) [3] ppt-Präsentation zum Seminar – Jan Brandt, Christian Sandfort aus Wikipedia

Polaritons - experimentell In der Halbleiterphysik werden seit vielen Jahrzehnten Materialien wie zB GaAs und CdTe untersucht, die im Tieftemperaturbereich geeig- net sind um die Anforderungen der Computertechnologie zu erfüllen. Christopoulos und Mitarbeitern ist es 2007 mit dem Material Gallium Nitrid (GaN) gelungen, VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) zu konstruieren, bei denen Polaritons bei Raumtemperatur auftre- ten. Das bedeutet, dass die Bindungsenergie der Elektron-Loch (Exciton) Paare in GaN mit dem elektromagnetischen Feld größer ist und daher die Devices bei Raumtemperatur betrieben werden können. Heutzutage können bereits über Glasfasern 160 Kanäle (d.h. Wellenlängen) mit bis zu 40 GBit/sec transportiert werden.

Polaritons – Musik und Textperformance Jutta Köhler auf der Bühne, sie legt Karten der Herbstmaterial- veranstaltung auf dem Boden aus. Jörg Schäffer schaut zu und auf seine Frage, was sie dort mache, erklärt sie das Prinzip der Polaritons und ihrer Anwendungen in der Halbleiterphysik. Sie nutzt die Karten um einen Halbleiter mit verschieden großen Cavitäten darzustellen. Teelichter und Glasschälchen werden einzeln in die „Löcher“ gesetzt, die Glasschälchen entsprechen den Elektronen, die Teelichter den Photonen, dann werden die Teelichter angezündet und in die Glasschälchen gesetzt um die Polaritons, die „Kombination“ von Elektron und Photon darzustellen. Die Komposition (elektronische Musik) wird von Jörg Schäffer eingespielt und begleitet das ganze Geschehen (15 Minuten).

Polaritons – Musik und Textperformance Die Texte der Karten: 1. Polaritons – Quasiteilchen, kohärenter Zustand von Elektron und Photon 2.Christopoulos et al.; Phys. Rev.Lett. 98, 2007, nature 44, may Glasfaser heute: 160 Kanäle = Wellen, 40 Gigabit/sec 4.VCSEL vertical cavity surfcace emitting laser 5.Polariton m=(n x lambda compton /2L) m e 6.GaAs cavity= 1 micrometer; m=m e / Molekülanregung: HOMO/LUMO 8.Exciton (Anregung im Halbleiter): Elektron/Loch Paar 9.Polariton Bindungsenergie = thermische Energie, d.h. E B = k B T 10.Polariton = kohärenter Zustand von Elektron und Photon, d.h. Masse und Energie