Licht schaltet räumlich präzise zwischen elektronischen Zuständen

Manche Materialien sind Metalle, andere Isolatoren und wieder andere können, je nach Temperatur, das eine oder das andere sein. Wenn der Übergang zwischen diesen Zuständen sensitiv von lokalen Inhomogenitäten abhängt, so existieren sie oft räumlich parallel in kleinsten Domänen. Obwohl diese Koexistenz oft die elektronischen Eigenschaften bestimmt, war es bisher nicht möglich, sie kontrolliert zu erzeugen. Dass sich Licht dazu eignet, zwischen den Zuständen Isolator und Metall zu schalten, war bereits bekannt. Einem Team vom MPI für multidisziplinäre Naturwissenschaften und den Unis Göttingen und Marburg ist es nun jedoch gelungen, diese Zustände räumlich selektiv zu steuern.

Für ihre Experimente nutzten die Forscher Indium-Nanodrähte auf einer Siliziumoberfläche. In der Modellstruktur können Elektronen entlang der atomaren Drähte frei fließen, senkrecht dazu aber nicht. „Zunächst haben wir untersucht, wie die Wellenlänge und Polarisation von Licht das Material beeinflusst,“ erläutert Hannes Böckmann vom MPI für multidisziplinäre Naturwissenschaften. „Dann haben wir realisiert, dass es bestimmte Kombinationen erlauben, Nanodrähte in verschiedenen Ausrichtungen selektiv anzusprechen.“

Der Clou: Statt das gesamte Material mit starker Strahlung aufzuheizen und so global zu schalten, haben die Forscher gezielt nur einen ganz bestimmten Teil der Elektronen entlang der Atomketten angeregt. Das ermöglicht eine hohe räumliche Kontrolle nanoskaliger Bereiche unterschiedlicher Orientierung. „Wir konnten zeigen, dass sich elektronische Phasen mit Licht gezielt gestalten lassen“, sagt Böckmann. „Das eröffnet völlig neue Möglichkeiten für zukünftige Bauelemente, in denen Lichtpolarisation die elektronischen Eigenschaften eines Materials steuert.“ Langfristig könne diese Technologie dazu beitragen, neuartige elektronische Schaltungen zu entwickeln, deren Funktionalität durch Licht manipuliert werden kann.

MPINAT / RK