Gedrehtes Licht
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung lässt sich ein Transistor für Licht bauen.
Die Polarisationsrichtung von Licht gezielt zu drehen, ohne dass dabei ein großer Teil des Lichts verschluckt wird, ist schwierig. Wissenschaftlern der TU Wien gelang dies nun mit der Terahertzstrahlung. Sie legten ein elektrisches Feld an an einer hauchdünnen Materialschicht an und drehten so die Polarisation des Strahls. Auf diese Weise entsteht ein effizienter, miniaturisierbarer Transistor für Licht, der für den Aufbau optischer Computer zum Einsatz kommen könnte.
Abb.: Der Lichtstrahl wird auf eine spezielle Schicht geschickt, an die eine elektrische Spannung angelegt ist. Dadurch lässt sich die Drehung der Polarisation ändern. (Bild: TU Wien)
Gewisse Materialien haben die Eigenschaft, die Schwingungsrichtung von Licht zu drehen, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden – man spricht vom Faraday-Effekt. Normalerweise ist dieser Effekt winzig klein. Schon vor zwei Jahren gelang es Andrei Pimenov und seinem Team von der TU Wien gemeinsam mit einer Forschungsgruppe der Universität Würzburg, einen großen Faraday-Effekt zu erzielen, indem sie das Licht durch spezielle Quecksilber-Tellurid-Plättchen schickten und ein Magnetfeld anlegten.
Allerdings ließ sich der Effekt damals nur über eine äußere magnetische Spule steuern, womit große technologische Nachteile verbunden sind. „Verwendet man einen Elektromagneten, um den Effekt zu steuern, benötigt man sehr starke Ströme“, erklärt Pimenov. Nun gelang es, die Drehung von Terahertzstrahlen durch Anlegen einer elektrischen Spannung von weniger als einem Volt zu steuern. Dadurch wird das System viel einfacher und schneller.
Durch ein Magnetfeld wird die Polarisation nach wie vor gedreht. Doch die Stärke des Effektes ist nicht mehr durch dessen Stärke bestimmt, sondern durch die Anzahl der Elektronen, die an dem Prozess beteiligt sind – und diese Anzahl lässt sich durch elektrische Spannung regulieren. Daher genügt nun ein Permanentmagnet und eine Spannungsquelle, die technisch vergleichsweise einfach zu handhaben ist.
Für die Experimente verwendeten die Wissenschaftler Terahertzstrahlung mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von einem Millimeter. „Die Frequenz dieser Strahlung entspricht der Taktfrequenz, die vielleicht die übernächste Generation von Computern erreichen wird“, meint Pimenov. „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.“
TU Wien / AH
