Exzitonen erzeugen Einzelphotonen

Der Einsatz von Licht zur Datenübertragung ist ein hochaktuelles Forschungs­thema. Einzelphotonen sind besonders gut geeignet, um Daten sicher zu übermitteln. Doch bislang lassen sie sich nur schwer verlässlich erzeugen, zumal es nur wenige Arten von Einzelphotonen-Quellen gibt. Wissenschaftler um Rudolf Bratschitsch und Steffen Michaelis de Vasconcellos von der Uni Münster haben nun eine neue derartige Quelle entdeckt.

Einzelphotonen-Quellen sind für viele Anwendungen wichtig. „Neben der sicheren Datenübertragung – der Quantenkryptographie – gehört dazu auch die präzise Kalibration von Lichtquellen, also die exakte Bestimmung der Helligkeit. Auch für die Grundlagenforschung im Bereich der Quantenoptik sind Einzelphotonen-Quellen sehr bedeutsam", betont Bratschitsch. „Die von uns entdeckte Lichtquelle in Halbleitermaterial könnte platzsparend auf einem Computerchip integriert werden und dazu beitragen, ultradünne opto-­elektronische Bauelemente zu entwickeln.“

Die neue Einzelphotonen-Quelle befindet sich in einer Halbleiterschicht aus Wolframdiselenid, die aus nur drei Atomlagen besteht und weniger als einen Nanometer dick ist. Die einzelnen Lichtemitter – punktförmige Stellen, von denen die Lichtteilchen ausgesendet werden – sind äußert robust und hell. Sie treten normalerweise am Rand der dünnen Halbleiterschicht auf. Die Forscher erzeugten die Emitter aber auch gezielt innerhalb der Halb­leiter­schicht, indem sie diese mithilfe einer feinen Metallnadel anritzten. Bei den Lichtemittern handelt es sich um lokalisierte Exzitonen, die ihre Energie durch Aussendung einzelner Lichtteilchen abgeben können.

Derzeit analysiert Bratschitsch mit seiner Arbeitsgruppe die physikalischen Prozesse im Inneren der neuen Einzelphotonen-Quelle. Besonders interessiert die Wissenschaftler dabei die Frage, wie diese Prozesse sich kontrollieren lassen.

WWU / RK