12.04.2007

Flaches Licht flott gemacht

Einer internationalen Forschungsgruppe gelang ein Durchbruch in der optischen Datenverarbeitung.



Einer internationalen Forschungsgruppe gelang ein Durchbruch in der optischen Datenverarbeitung.

Die Computer werden immer „stärker“, schnell genug sind sie trotzdem nie. Eine rasantere Zukunft verspricht der „optische Chip“, an dem seit Jahren geforscht wird. Die Arbeitsgruppe Nano-Optik am Institut für Physik der Karl-Franzens-Universität Graz hat dabei nun einen neuen Durchbruch geschafft.

Der Gruppe unter der Leitung von Joachim Krenn ist es gelungen, mithilfe eines nanotechnologischen Spiegels zweidimensionales Licht entlang einer Goldoberfläche gezielt auszurichten. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, um Licht entlang hauchdünner Drähte mit einem Durchmesser von nur wenigen Milliardstelmeter weiterzuleiten. Der bahnbrechende Forschungserfolg, der in der Online-Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Nature Physics“ publiziert wurde, öffnet den Weg für die Verarbeitung noch größerer Datenmengen in noch kürzerer Zeit. Denn Licht ist einfach schneller als Strom.

Für die Datenübertragung mittels optischer Signale werden bis dato Glasfaserkabel verwendet, wie etwa bei der Breitband-Technologie. „Damit können zwar hohe Kapazitäten erreicht werden, doch die herkömmlichen Bauteile lassen sich nicht viel kleiner als ein Mikrometer machen“, erklärt Joachim Krenn. In Zeiten der Nanotechnologie ist das riesig, braucht zu viel Platz und Energie und ist somit ineffizient.

Abb.: Nanopartikel auf Gold. Die so strukturierte Goldoberfläche reflektiert Oberflächenplasmonen wie die nanotechnologische Variante eines Spiegels. (Quelle: Institut für Physik, Universität Graz)

Auf der Suche nach einem Weg, optische Signale auch im Nanobereich transportieren zu können, sorgten die Grazer Physiker bereits im Jahr 2003 für Aufsehen, als es ihnen gelang, Licht, das für gewöhnlich dreidimensional ist, in die Oberfläche eines dünnen Goldfilms zu zwingen und dabei zweidimensional – sprich flach – zu machen. Befindet sich Licht in diesem Zustand, spricht man von „Oberflächenplasmonen“.

Flach und gut, doch als optisches Signal weiterleiten ließ sich das „eingefangene“ Licht bis jetzt noch nicht. Aber auch dieses Problem haben die Forscher um Joachim Krenn nun gemeinsam mit Arbeitsgruppen in Madrid und Zaragoza (Spanien), Straßburg und Dijon (Frankreich) sowie Aalborg (Dänemark) gelöst. Sie schickten Licht durch einen 160 Nanometer breiten Spalt in einem Goldfilm. „Normalerweise breitet es sich auf beiden Seiten des Spalts aus. Wird jedoch die Metalloberfläche auf einer Seite periodisch strukturiert, erzwingt diese Strukturierung eine gerichtete Ausbreitung des Oberflächenplasmons auf der anderen Seite. Die strukturierte Goldoberfläche reflektiert also gewissermaßen die Oberflächenplasmonen wie eine nanotechnologische Variante eines Spiegels“, beschreibt der Physiker das Phänomen.

Die Meilensteine in seinen Forschungen verdankt das Grazer Team nicht zuletzt auch der länderübergreifenden Zusammenarbeit, wie Joachim Krenn betont: „Solche Arbeiten benötigen eine Infrastruktur, die nur in internationalen Kooperationen vorhanden ist.“ Die jüngsten Erfolge wurden gemeinsam mit fünf Partnern im von der EU geförderten Exzellenznetzwerk „Plasmo-Nano-Devices“ erzielt, dem insgesamt 17 europäische Forschungslabors angehören. Damit ist man dem Einsatz der Lichttechnologie etwa für Computerchips, Datenspeicherung, hoch sensible Sensoren in Kraftfahrzeugen, Medizintechnik oder Biotechnologie wieder einen entscheidenden Schritt näher gekommen.

Quelle: Universität Graz

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