Wie verändert sich die Struktur des Lichts, wenn es lokalisiert wird, und wie lassen sich die damit einhergehenden Effekte nutzen? Dieser Fragenkomplex wurde am 16. und 17. August 2021 von 60 Forscherinnen und Forschern aus 13 Ländern lebhaft diskutiert. Aufgrund der COVID-Pandemie fand das Seminar online über auf der Plattform MeetAnyway statt, was aber den Diskussionen keinerlei Abbruch tat.

Strukturen im Licht werden oft an den Singularitäten in der optischen Phase oder der Polarisation festgemacht und spiegeln sich so entsprechend auch in der Intensitätsverteilung wider. Die Beschreibung dieser Phänomene bedient sich häufig aus anderen Bereichen der Physik, zum Beispiel der Hydrodynamik, da Phasensingularitäten aufgrund der um sie herum zirkulierenden Phase auch optische Wirbel genannt werden. Und Polarisationssingularitäten lassen sich wie Fehlstellen in einem Kristall klassifizieren. In dieser Tradition haben während des Seminars verschiedene Sprecher die Realisierung von sog. Skyrmionen in Lichtfeldern vorgestellt und deren Topologie beleuchtet.

Überhaupt war die Verbindung von Topologie zur Optik und Photonik das zentrale, verbindende Thema des Seminars. Die räumliche Beschränkung des Lichtfelds hat dabei Konsequenzen für die Verteilung und Anordnung von Phasen und Polarisationssingularitäten vom makroskopischen zum nanoskopischen Längenbereich.

Ein anderes Thema, das mehreren Sprecherinnen und Sprecher von verschiedenen Blickrichtungen aus behandelten, waren Wechselwirkungen von strukturierten Lichtfeldern mit Materie an Oberflächen. Hierzu gehören beispielsweise die hohen mechanischen Spannungen, die durch die optischen Felder in hochgradig polarisierbaren Emittern erzeugt werden oder auch Casimir-Polder-Kräfte, die durch die Lokalisierung des Lichts einen Drehimpuls auf Atome übertragen können. Optische Drehimpulse und die damit verbundene Händigkeit des Lichts schließen dann ihrerseits an die Orientierung von Skyrmionen an oder dienen auch zur Charakterisierung chiraler Moleküle.

Wir danken der WE-Heraeus-Stiftung herzlich für die Unterstützung dieser Tagung, die auch im Rahmen des „International Max Planck Partnerships“ zwischen Universitäten in Schottland und Max-Planck-Instituten in Deutschland stattfand. Für viele Doktorandinnen und Doktoranden war dieses Seminar eine erste Gelegenheit, sich mit ihren Kolleginnen und Kollegen intensiv auszutauschen – entsprechend wurde diese Möglichkeit daher auch enthusiastisch wahrgenommen.

Dr. Jörg Götte, U Glasgow, UK
Prof. Dr. Peter Banzer, U Graz, Österreich
Dr. Ilja Gerhardt, MPI-FKF Stuttgart