Licht-Werkzeug für die Nanowelt

Einem spanisch-deutschem Forscherteam gelang es, Licht auf der Nanometer- und Femtosekundenzeitskala gezielt zu manipulieren.

Die Größe eines Werkzeugs bestimmt üblicherweise seine räumliche Auflösung. So ist es einsichtig, dass ein Bohrloch nicht kleiner als der Durchmesser des verwendeten Bohrers sein kann. Ein in dieser Woche im Wissenschaftsmagazin Nature von deutschen und spanischen Wissenschaftlern vorgestelltes nano-physikalisches Experiment demonstriert ein neuartiges Licht-„Werkzeug“, das diese Beschränkung überwindet und damit neuartige Möglichkeiten erschließt, Licht als universelles „Werkzeug“ einzusetzen – etwa bei der Steuerung chemischer Reaktionen, der Materialbearbeitung oder in der Optoelektronik.

Die „Formung“ von grundlegenden Eigenschaften ultrakurzer Lichtpulse findet im Forschungsgebiet der „kohärenten Kontrolle“ bereits weit verbreitet Anwendung. Es erlaubt aufgrund der Interferenz zwischen Lichtwellen und anderen quantenmechanischen Systemen eine präzise Steuerung komplexer Prozesse. Es ist jedoch schwierig, diese Interferenz auf Längenskalen zu kontrollieren, die kleiner sind als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes.

In einer Zusammenarbeit von Wissenschaftlern mehrerer Hochschulen ist diese gezielte Manipulation von Licht auf der Nanometer- und Femtosekundenzeitskala mithilfe der Technik der Lichtpulsformung nun gelungen. Die grundlegende Idee geht auf Tobias Brixner (Universität Würzburg), Walter Pfeiffer (Universität Bielefeld) und Javier García de Abajo (Instituto de Optica, Madrid) zurück und bildete den Ausgangspunkt für die erfolgreiche Zusammenarbeit mit Martin Aeschlimann (TU Kaiserslautern) und Michael Bauer (Universität Kiel).

Abb.: Ein optimal geformter Laserpuls fällt auf eine spezielle Nanostruktur. So gelingt die kontrollierte ultrafeine räumliche Lichtverteilung weit unterhalb der Lichtwellenlänge. (Quelle: Walter Pfeiffer, Uni Bielefeld)

Im Experiment wird eine am Nano+Bio Center der TU Kaiserslautern hergestellte Anordnung von nanometergroßen Silberscheiben mit geformten ultrakurzen Lichtimpulsen beleuchtet. Durch Ausnutzung der lokalen Interferenzerscheinungen gelingt den Forschern in der Nähe der metallischen Nanostruktur eine gezielte Steuerung der Lichtfeldverteilung auf Längenskalen weit unterhalb der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts.

Quelle: TU Kaiserslautern

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  Martin Aeschlimann, Michael Bauer, Daniela Bayer, Tobias Brixner, F. Javier García de Abajo, Walter Pfeiffer, Martin Rohmer, Christian Spindler und Felix Steeb, Adaptive subwavelength control of nano-optical fields, Nature 446, 301 (2007).
  http://dx.doi.org/10.1038/nature05595