"Damit sind wir dem optischen Chip ein gutes Stück näher gekommen"

17. Februar 2003, 13:19
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Grazer Physiker als Lichtfänger: Forscher halten Licht in der Fläche

Grazer Experimentalphasiker verwirklichten erstmals nahezu zweidimensionale Varianten von optischen Elementen wie Linsen, Spiegel und Prismen. Möglich wurde dieses Unterfangen mit Hilfe der ungewöhnlichen Wechselwirkung von Licht mit submikroskopisch kleinen Metallteilchen, die das Physiker-Team um den Grazer Professor Franz Aussenegg seit geraumer Zeit erforscht. "Damit sind wir dem optischen Chip ein gutes Stück näher gekommen", so Joachim Krenn von der Arbeitsgruppe am Institut für Experimentalphysik im Gespräch mit der APA euphorisch.

"Platz"

"Da unten ist noch viel Platz" sagte Physik-Nobelpreisträger Richard P. Feynman bereits 1959. "Da unten" das ist die Welt der Nanostrukturen im Bereich der Millionstel Millimeter. Dass dort noch immer "Platz" ist, zeigen z.B. Computer-Chips, die von Jahr zu Jahr immer winziger werden und zugleich immer mehr Daten verarbeiten können, oder Speichermedien wie CDs und DVDs, deren Kapazität stetig wächst. Ein Hoffnungsfeld der Datenverarbeitung in immer kleineren Dimensionen ist die Nano-Optik, die auf der Nutzung von Licht basiert. Wichtige Forschungsarbeit dazu wird von Ausseneggs Forscherteam an der Universität Graz geleistet.

Die Grazer Forscher konnten das Gegenteil beweisen

Licht mit Hilfe von optischen Instrumenten wie Linsen zu lenken und damit als Kommunikationsträger zu nutzen, ist im Bereich von Millionstel Millimetern aus physikalischen Gründen nicht möglich, erläutert der Institutsvorstand. Nach gängiger Auffassung lässt sich das Licht nämlich - anders als der elektrische Strom - nicht in eine zweidimensionale Ebene zwängen. Die Grazer Forscher konnten allerdings das Gegenteil beweisen: Ihnen ist es gelungen, das Licht als elektrisches Feld durch feste Materie zu führen und somit quasi in der zweiten Dimension gefangen zu halten.

Gelungen

Gelungen ist das Experiment innerhalb einer ultradünnen Silberschicht. Dafür koppelten die Forscher die Lichtstrahlen an die negativen Ladungsträger (Elektronen) an der Oberfläche der nur 70 Millionstel Millimeter dicken Silberschicht. Dadurch stellten sie einen Mischzustand aus Licht und Elektronen her, bei dem das Licht nicht mehr reflektiert wird, sondern die oberflächennahen Elektronen des Metalls zur Schwingung anregt.

Alternative

Dauert dieser als "Oberflächen-Plasmon" bezeichnete Zustand lange genug, dann kann diese lichtelektrische Schwingung am Metall quasi wie durch einen nanoskopischen Lichtdraht entlang von Metallpartikeln, die als Linsen, Spiegel oder Prismen dienen, weitergeleitet werden, vermuteten die Grazer Forscher. Sie konnten anhand von Experimenten zeigen, dass die Dauer des Schwingungszustands oberflächennaher Elektronen von speziellen gitterähnlichen Anordnungen der Metallpartikel in Gold und Silbergittern im Abstand von wenigen Millionstel Millimetern beeinflusst wird. Dabei wurde die Lebensdauer der Schwingung bis ums Vierfache gesteigert. "Damit haben wir die Grundlage für die Anwendung von Licht als Alternative zur Elektrotechnologie in der Nachrichtentechnik, Informationsverarbeitung und Datenspeicherung", ist Krenn optimistisch.(APA)

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