Physiker suchen nach Anwendungen für neues Photonengas

31. Mai 2010, 16:59
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Zwei Spiegelflächen und ein Farbstoff als Ausgangsmaterial

Bonn - Ein Art Photonengas, das seine Farbe mit der Temperatur ändert, ohne dass dabei die Lichtmenge variiert, haben Bonner Physiker hergestellt, wie sie in der Zeitschrift "Nature Physics" berichten. Dazu verwendeten sie gewölbte Spiegel mit extrem hohem Reflexionsvermögen und richteten die Spiegelflächen so aus, dass sie zueinander zeigten, wodurch ein Lichtstrahl ständig zwischen ihnen hin- und her geworfen wird. Dabei kollidieren die eingesperrten Photonen immer wieder mit den Molekülen eines Farbstoffs, der zwischen den Spiegelflächen angebracht wurde.

Die Farbe des neuartigen Gases ändert sich mit der Umgebungstemperatur. Es scheint damit der Wolfram-Wendel einer Glühbirne zu ähneln: Bei hohen Temperaturen leuchtet die Birne weiß. Reduziert man jedoch mit einem Dimmer die Stromstärke und senkt dadurch die Temperatur, verändert sich die Farbe ins Rötliche. Gleichzeitig wird die Birne dunkler. Bei noch niedrigeren Temperaturen leuchtet sie dann plötzlich gar nicht mehr.

"Bei unserem Experiment ist das anders", erklärt der Bonner Laserphysiker Martin Weitz: "Die Lichtintensität - also die Zahl der Photonen - bleibt immer gleich. Das ist ähnlich, als würden sie eine Glas Luft in den Kühlschrank stellen: Die Luftmoleküle werden zwar 'kühler' und damit langsamer, ihre Menge bleibt aber konstant. In ähnlicher Weise kühlen wir die Lichtteilchen."

Mögliche Anwendungen

Die von den Bonner Forschern entwickelte Methode lässt sich eventuell nutzen, um Sonnenlicht wie mit einem Brennglas zu konzentrieren. "Stellen Sie sich ein mit Licht gefülltes Sektglas vor, das nach unten hin spitz zuläuft", sagt Weitz. "Je kälter das Licht ist, desto weiter unten kommt es in diesem Sektglas zu liegen und desto konzentrierter wird es." Dieser Effekt ist unabhängig von der Richtung, aus der das Licht einfällt: Die Konzentration erfolgt immer am selben Ort. Eine Linse hingegen muss ständig nach dem Stand der Sonne ausgerichtet werden, damit ihr Brennpunkt an derselben Stelle bleibt. Indem man das Licht kühlt und so konzentriert, könnte man also eventuell die Ausbeute von Sonnenkollektoren und Solarzellen erhöhen, ohne dazu eine komplizierte "Nachführmechanik" zu benötigen. "Außerdem funktioniert unsere Methode auch bei diffusem Licht, also etwa bei bewölktem Himmel", betont Weitz.

Kühlt man sehr viele Photonen stark herunter, kann man die Lichtteilchen eventuell sogar so stark konzentrieren, dass sie eine Art "Klumpen" bilden, ein Bose-Einstein-Kondensat. Mit diesem "Photonen-Klumpen" ließen sich möglicherweise UV-Lichtquellen konstruieren, die ähnliche Eigenschaften wie Laserlicht aufweisen. Derartige UV-Quellen würden sich beispielsweise zur Herstellung von Computerchips mit besonders feinen Strukturen eignen. (red)

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