Licht im Nanokäfig
Ein deutsch-japanisches Forscherteam konnte erstmals die Lokalisierung von Licht in künstlichen Nanostrukturen in Echtzeit verfolgen.
Oldenburger Physiker können in enger Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Tokyo und Ilmenau erstmals zeigen, wie lange sich Licht in einer zufälligen Anordnung von winzig kleinen Nadeln aus Zinkoxid speichern lässt. „Man kann sich diese Nadeln wie einen Irrgarten für Licht vorstellen: Wenn Lichtstrahlen erstmal hineingelangt sind, haben sie Mühe wieder herauszufinden“, erläutert Martin Silies, der das Experiment koordiniert hat.
Abb.: Ein beugungsbegrenzter, ultrakurzer 6-fs-Laserpuls (rot) bei 800 nm trifft ein Feld von wahllos angeordneten, senkrechten, dielektrischen ZnO-Nanonadeln. Multiple koheränte Lichtstreuung führt zur Lokalisierung des Felds in bestimmten Hot Spots und zur Abstrahlung zweiter Harmonischer (blauer Puls), die sich experimentell analysieren lässt. (Bild: Maschek et al. / Nat. Photon.)
Um dem Licht auf die Spur zu kommen, haben die Wissenschaftler ein neues Mikroskop mit extrem hoher Zeitauflösung entwickelt. Der entscheidende Trick bestehe darin, Lichtimpulse in die Zinkoxid-Struktur einzukoppeln, die kürzer sind als seine Speicherzeit, erläutert Silies. „So können wir direkt messen, wie lange die Lokalisierung andauert.“
Die Erkenntnisse sind vielfach anwendbar. „Wir erwarten zum Beispiel, dass Solarzellen verbessert werden können, wenn es gelingt, das in sie einfallende Sonnenlicht länger zu speichern“, erklärt Christoph Lienau. „Unsere Experimente zeigen, wie diese Lichtspeicherung im Detail abläuft – und dieses Verständnis wird uns helfen, die Lichtspeicherung noch effizienter zu machen.“
Die neuen Ergebnisse sind erst ein Anfang. Die durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die Japan Science and Technology Agency geförderte Zusammenarbeit der Forschergruppen aus Oldenburg, Ilmenau und Tokyo habe hervorragend funktioniert, sagt Lienau. „Wir werden sie fortsetzen und hoffen, dass unsere Arbeit nicht nur zur Verbesserung von Solarzellen führen wird, sondern auch zur Entwicklung von ganz neuen Nanolasern.“
U. Oldenburg / OD
