Von: Dennis L.
Signifikante Verbesserung

Erster Schritt zur lichtgetriebener Elektronik erfolgreich

In der Natur spielt die Wechselwirkung von Materie und Licht eine wichtige Rolle, unter anderem bei der Photosynthese. Bald könnte sie die technische Entwicklung wesentlich beschleunigen, denn Wissenschaftlern ist der erste Schritt in Richtung lichtgetriebener Elektronik gelungen.

Erster Schritt zur lichtgetriebener Elektronik
© Christian Hackenberger / LMU

Garching (Deutschland). Werden Daten auf Lichtwellen kodiert und mit einer Technologie gespeichert oder übermittelt, wären sie 100.000 Mal so schnell wie heutige Systeme. Wissenschaftler haben jetzt eine Wechselwirkung von Licht und Materie genauer untersucht, welche den Weg zur lichtwellengesteuerten Elektronik bahnen könnte.

Wenn Licht auf Metalle fällt, löst das im Mikrokosmos besondere Vorgänge an der Metalloberfläche aus. Die Metallatome werden durch das elektromagnetische Feld zum Schwingen angeregt. Das hat sogenannte "Nahfelder" zur Folge. Diese stellen nah an der Metalloberfläche lokalisierte elektromagnetische Felder dar. Jetzt hat ein internationales Physikerteam an der Ludwig-Maximilians- Universität und im Max-Planck-Institut für Quantenoptik in engem Zusammenwirken mit Forschern der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen im Labor für Attosekundenphysik beobachtet, wie sich diese Nahfelder unter dem Einfluss von Licht verhalten.

Lasersignale auf Golddraht

Zu diesem Zweck wurden von den Forschern starke Infrarot-Laserpulse auf einen goldenen Nanodraht geschickt. Wegen ihrer Kürze verfügen diese Laserpulse kaum über Schwingungen des Lichtfeldes. Treffen sie auf die Nanonadel auf, verursacht das Licht gemeinsame Schwingungen der Leitelektronen in dem Goldatomverbund. Durch die Elektronenbewegungen kam es zur Entstehung der Nahfelder an der Drahtoberfläche. Nächstes Ziel der Physiker war es herauszufinden, wie die Lichtfelder in zeitlicher Relation zu den Nahfeldern standen. Deshalb wurde unmittelbar nach dem ersten Laserpuls ein zweiter Lichtblitz auf die Nanostruktur gesandt. Durch diesen kam es zur Herauslösung von Einzelelektronen aus dem Nanodraht. Die Teilchen wurden an der Oberfläche von den Nahfeldern detektiert und beschleunigt. Das Ergebnis der Teilchenanalyse ergab, dass die Schwingung der Nahfelder im Verhältnis zum einfallenden Licht ungefähr 250 Attosekunden zeitversetzt ist und dem Feld voraneilt. Die Nahfeldschwingungen erreichen 250 Attosekunden eher als die Schwingung des Lichtfeldes einen maximalen Ausschlag. "Mit dieser Messmethode ist es möglich, Oberflächenwellen und Felder an Nanostrukturen, die in der Lichtwellen-Elektronik wichtig sind, mit großer Präzision abzubilden." Zu diesem Schluss kam Matthias Kling, Leiter der Münchener Experimente.

Grenzen der Datenübermittlung

Durch die Versuche wurde der Weg zu komplexeren Studien im Bereich der Nanooptik geebnet. Die lichtgetriebene Elektronik der Zukunft mit Licht-Materie Wechselwirkung an geeigneten Metallen ist ein großes Stück näher gerückt. Das Licht schwingt mit Petahertz-Frequenzen, sekündlich ungefähr eine Million Mal. Genauso viele Schaltvorgänge wären möglich, also etwa 100.000 mehr als in der Gegenwart. Damit wäre die technische Grenze der Verarbeitung von Daten erreicht.

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