Sebastian Klembt übernimmt Physik-Lehrstuhl an der JMU
Im Exzellenzcluster ctd.qmat entwickelt der neue Leiter der Experimentellen Physik I Laser und untersucht, wie sich Licht zuverlässig lenken lässt.
Wie lässt sich Licht so lenken, dass es verlässlich auf seinem Weg bleibt? Mit dieser Frage beschäftigt sich Sebastian Klembt, Physiker an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg und Forscher im Würzburg-Dresdner Exzellenzcluster ctd.qmat – Complexity, Topology and Dynamics in Quantum Matter. Jetzt hat er den Lehrstuhl für Experimentelle Physik I in Würzburg übernommen.
Klembts wissenschaftlicher Weg führte ihn von der Universität Bremen über die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich bis zum Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) in Grenoble, bevor er 2015 nach Würzburg kam. Früh setzte er auf ein Forschungsfeld, das heute zu den dynamischsten der modernen Physik zählt: die Verbindung von Photonik, Quantenmaterialien und Topologie. Während sich die Photonik damit befasst, Licht gezielt zu erzeugen, zu steuern sowie für technische Anwendungen zu nutzen, beschreibt die Topologie als Teilgebiet der Mathematik robuste Eigenschaften, die auch beim Verformen eines Gegenstands nicht verlorengehen.
Einen wichtigen Durchbruch erreichte Klembt im Rahmen eines Marie-Skłodowska-Curie-Fellowships von 2016 bis 2018. Damals gelang es seinem Team, topologische Polaritonen zu realisieren. Das sind Zustände, in denen Licht und Materie eng miteinander wechselwirken und sich besonders robust entlang vorgegebener Bahnen ausbreiten. Dabei ließ sich ihre Bewegungsrichtung mithilfe eines Magnetfelds gezielt beeinflussen, was mit reinem Licht nur schwer möglich ist. Klembts Ergebnisse wurden 2018 veröffentlicht und markierten einen wichtigen Schritt in Richtung neuartiger optischer Quantensysteme.
Seit 2020 setzt Klembt als Juniorprofessor im Exzellenzcluster ctd.qmat seine Forschungen an topologischen Lasern fort. Mit dem ersten topologischen Laser aus vertikalen Resonatoren erzielte er mit seinem Team einen weiteren großen Erfolg. Bei diesem neuartigen Lasertyp werden viele winzige Laser so gekoppelt, dass sie gemeinsam wie ein einziger leistungsstarker Laser arbeiten. Die vertikalen Resonatoren sind mikroskopisch kleine optische Hohlräume, die das Laserlicht senkrecht zur Chipoberfläche abstrahlen. Die Ergebnisse wurden 2021 veröffentlicht. Klembts Ansatz könnte helfen, Laser effizienter, besser skalierbar und weniger störanfällig zu machen.
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2024 habilitierte Klembt in Würzburg. Zu seinem Forschungsspektrum gehören sehr grundlegende physikalische Fragestellungen ebenso wie mögliche Anwendungen seiner Grundlagenforschung in optoelektronischen Bauelementen. Für die Arbeiten an topologischen Lasern wurde bereits ein Patent beantragt.
Klembt verschiebt die Grenzen zwischen wissenschaftlichen Disziplinen: Er nutzt Konzepte aus der Festkörper- und Transportphysik für optische Systeme und erschließt so neue Wege, Licht zielgerichtet zu steuern. Ein Beispiel dafür ist die Verwendung des Prinzips von topologischen Isolatoren. Dies sind Materialien mit einer besonderen Eigenschaft: Im Inneren sind sie isolierend, an ihren Rändern können Signale dagegen störungsfrei fließen.
Gemeinsam mit seinem Team übertrug Klembt dieses Konzept auf Licht: Die Forschenden fanden eine Möglichkeit, Licht so zu führen, dass es selbst bei Störungen oder Unordnung erstaunlich robust bleibt. Zugleich realisierten sie eine optische Entsprechung zum Spin-Quanten-Hall-Effekt, einem quantenmechanischen Phänomen, bei dem sich Elektronen anhängig von ihrem Spin entlang der Materialränder bewegen. Mit seinen Entdeckungen auf dem Gebiet der topologischen Photonik legte Klembt das Fundament für künftige optische Bauelemente.
Am 15. Juni 2026 hielt er seine Antrittsvorlesung für den Lehrstuhl für Experimentelle Physik I mit dem Titel „Twisting light and matter: A new perspective on quantum materials, photonics and topology“. [JMU / dre]
