Ein gemeinsames Forscherteam des Technion – Israel Institute of Technology und der Shanghai Jiao Tong University in China hat kürzlich Fortschritte in der optischen Untersuchung ungeordneter Nanosysteme erzielt. Sie berichten über ein neues physikalisches Phänomen, den sogenannten Spin-Locking-Effekt, der durch die Brownsche Molekularbewegung verursacht wird. Dieser Effekt ermöglicht die Beobachtung eines geordneten Spinverhaltens von Photonen in scheinbar chaotischen, ungeordneten Systemen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift *Nature Materials* veröffentlicht.

In der experimentellen Studie wurden Nanopartikel, die in einer Flüssigkeit bei Raumtemperatur suspendiert waren, mit Laserlicht bestrahlt, um das Verhalten der gestreuten Photonen zu beobachten. Das Team fand heraus, dass Photonen, die seitlich außerhalb des laserbestrahlten Bereichs gestreut wurden, einen geordneten, „eingesperrten“ Spinzustand aufwiesen. Die Studie zeigt, dass dieses Phänomen der Spinordnung genau auf der zufälligen Brownschen Bewegung der Nanopartikel beruht und nicht auf der bisher angenommenen, vollständig ungeordneten Streuung. Diese Entdeckung verdeutlicht das Potenzial für verborgene Ordnung in ungeordneten Systemen.

Professor Erez Hathman vom Technion – Israel Institute of Technology kommentierte: „Unsere Entdeckung verdeutlicht eindrucksvoll die Bedeutung der Experimentalphysik. Wir haben gezeigt, dass gerade jene Systeme, die räumlich und zeitlich am stärksten ungeordnet sind, den Schlüssel zur Entstehung tiefer Ordnung bergen.“ An dieser Kooperation war auch eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Professor Wang Bo von der Shanghai Jiao Tong University beteiligt. Professor Wang Bo forschte zuvor als Postdoktorand in Professor Hassmans Arbeitsgruppe.

Dieser Effekt ist nicht nur eine fundamentalphysikalische Entdeckung, sondern birgt auch Anwendungspotenzial. Da die Spin-Locking-Eigenschaft von der Partikelgröße und dem Materialtyp abhängt, kann diese Methode zur Charakterisierung von Nanopartikeln mit Spinordnung eingesetzt werden. Professor Hassman erklärte weiter: „Der Spin-Locking-Effekt ist ein bisher unbekanntes Phänomen in Systemen, die der Brownschen Bewegung unterliegen. Wir hoffen und sind überzeugt, dass seine Anwendungen – von der Nanopartikelcharakterisierung bis zur Entwicklung neuartiger optischer Technologien – zukünftig einen bedeutenden Beitrag für Wissenschaft und Industrie leisten werden.“

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Bedingungen der Licht-Materie-Wechselwirkung selbst in stark ungeordneten Systemen beobachtbare Spinordnung entstehen kann. Diese Entdeckung eröffnet eine neue Perspektive für das Verständnis der Ordnungsentstehung in komplexen Systemen und könnte neue Ideen für die zukünftige Entwicklung von Nanophotonik und Sensortechnologien liefern.

Weitere Informationen: Autoren Xiao Zhang et al., Titel: „Brownian Spin-Locking Effect“, veröffentlicht in *Nature Materials* (2025). Zeitschrifteninformationen: *Nature Materials*