Funktionsfähiger Licht-Transistor mit einfachen Mitteln

2. Juli 2013, 12:46
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TU Wien-Forscher können mit Hilfe eines verstärkten Faraday-Effekts Schwingungsrichtung von Licht gezielt drehen

Wien - Physiker der TU Wien haben eine neue Methode vorgestellt, mit der sich die Polarisationsrichtung von Licht mit vergleichsweise geringem technischen Aufwand gezielt drehen lässt. Die Forscher legten dazu eine niedrige elektrische Spannung an ein spezielles Material, durch das sich das Licht bewegt. In Kombination mit einem Polarisationsfilter, der nur bestimmte Schwingungsrichtungen durchlässt, kann man so einen Transistor bauen, der nicht mit Strom, sondern mit Licht arbeitet. Das könnte auch Möglichkeiten für eine neuartige Computertechnik eröffnen.

Bei einem Transistor, einem der wichtigsten und vielfältigsten Bauelemente der Elektronik, wird ein elektrischer Stromfluss abhängig von einem zusätzlichen Eingangssignal gesteuert. Je nach Schaltung fließt der Strom oder nicht. Dieses "Ein/Aus-Prinzip" ist auch die Grundlage des Binärcodes von Computern. "Die Bauteile heutiger Computer, in denen Information nur in Form von elektrischen Strömen weitergegeben wird, können kaum noch grundlegend verbessert werden. Die Ströme durch Licht zu ersetzen würde ganz neue Möglichkeiten bringen", so Andrei Pimenov vom Institut für Festkörperphysik der TU.

Verstärkter Faraday-Effekt

Als Schlüssel dazu haben die Wiener Physiker die Schwingungsrichtung des Lichts identifiziert. Bestimmte Materialien haben die Eigenschaft, die Schwingungsrichtung zu drehen, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden - man spricht vom sogenannten Faraday-Effekt. Unter normalen Bedingungen ist dieser Effekt jedoch sehr klein.

Bereits vor zwei Jahren gelang es Pimenov und seinem Team gemeinsam mit deutschen Kollegen, diesen Effekt massiv zu verstärken, indem sie das Licht durch spezielle hauchdünne Halbleiter-Plättchen aus Quecksilber-Tellurid schickten und ein Magnetfeld anlegten. "Verwendet man einen Elektromagneten, um den Effekt zu steuern, benötigt man sehr starke Ströme", erklärt Pimenov.

Nun schafften es die Physiker, die Drehung von Strahlen im Terahertz-Bereich lediglich durch Anlegen elektrischer Spannung von weniger als einem Volt zu steuern, was das System stark vereinfacht und auch schneller macht. Wie stark der "Faraday-Effekt" auftritt, wird in dem in der Fachzeitschrift "Applied Physics Letters" vorgestellten neuen Ansatz nicht mehr durch Veränderungen in der Stärke des Magnetfeldes, sondern durch die Anzahl der Elektronen, die an dem Prozess beteiligt sind, bestimmt. Es genügt also ein Permanentmagnet und eine Spannungsquelle, um die Polarisationsrichtung zu verändern.

Mehrfache Anwendungsmöglichkeiten

Schickt man das Licht dann durch einen Polarisationsfilter, kann es je nach Schwingungsrichtung gezielt durchgelassen oder abgeblockt werden. "Das Anlegen einer äußeren Spannung entscheidet darüber, ob Strom fließt oder nicht - und in unserem Fall entscheidet die Spannung eben, ob das Licht ankommt oder nicht", so der Physiker. Das entspricht der logischen Schaltung eines Transistors.

Die Frequenz der Terahertz-Strahlung entspreche der Taktfrequenz, die womöglich die übernächste Generation von Computern erreichen wird. Neben möglichen Anwendungen in künftigen optischen Computern könnte Terahertz-Strahlung laut TU Wien auch für bildgebende Verfahren oder in der Sicherheitstechnik am Flughafen eingesetzt werden. (APA/red, derStandard.at, 02.07.2013)

  • Mit der neuen Methode lässt sich die Schwingungsrichtung einer Lichtwelle gezielt ändern, wenn sie durch eine dünne Materialschicht geschickt wird.
    grafik: tu-wien

    Mit der neuen Methode lässt sich die Schwingungsrichtung einer Lichtwelle gezielt ändern, wenn sie durch eine dünne Materialschicht geschickt wird.

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