Halbleiter dreht Lichtstrahlen

Mit einem Magnetfeld und einer ultradünnen Halbleiterschicht kann die Polarisation von Lichtwellen gezielt kontrolliert werden.

Österreichische Physiker der Technischen Universität Wien haben gemeinsam mit einer Forschungsgruppe der Universität Würzburg eine Methode entwickelt, die Polarisationsrichtung von Licht mit einer ultradünnen Halbleiterschicht gezielt zu kontrollieren und beliebig zu drehen. Für die weitere Erforschung von Licht und seiner Polarisation ist das ein wichtiger Schritt - auch eine Anwendung in optischen Schaltkreisen ist denkbar.

Abb.: Das Magnetfeld in der dünnen Platte dreht die Lichtwellen. (Bild: F. Aigner / TU Wien)

Die Polarisationsrichtung von Licht kann sich ändern, wenn man es in einem starken Magnetfeld durch bestimmte Materialien schickt – dieses Phänomen ist als „Faraday-Effekt“ bekannt. „Bei allen bisher dafür bekannten Materialien war dieser Effekt allerdings recht schwach“, erklärt Andrei Pimenov von der TU Wien. Durch die Verwendung von Licht des richtigen Wellenlängenbereiches und mit Hilfe von extrem sauberen Halbleitern aus Quecklisber-Tellurid konnte nun allerdings ein um Größenordnungen stärkerer Effekt erzielt werden: Damit lassen sich nun Lichtwellen in beliebige Richtungen drehen – man kann die Schwingungsrichtung durch die Stärke des äußeren Magnetfeldes präzise steuern. Erstaunlicherweise reichen dafür ultradünne Halbleiterschichten von weniger als einem Mikrometer Dicke aus. „Mit anderen Materialien dieser Dicke könnte man die Polarisationsrichtung des Lichtes höchstens um Bruchteile eines Grades verändern“, so Pimenov.

Der Schlüssel zu dem beobachteten Effekt liegt in den Elektronen des Halbleiters: Der Lichtstrahl versetzt die Elektronen in Schwingung, das zusätzlich angelegte Magnetfeld lenkt sie während des Schwingens ab. Die Elektronenbewegung beeinflusst nun ihrerseits den Lichtstrahl und verändert die Polarisationsrichtung. Bei dem Experiment wurde eine Schicht aus dem Halbleiter Quecksilber-Tellurid mit Licht im Infrarotbereich bestrahlt. 

Möglicherweise ist die Technik auch für neuartige optische Computertechnologien von Interesse. „Man könnte unser System als einen Licht-Transistor bezeichnen“, schlägt Pimenov vor.

Technische Universität Wien / AL