Nano-Laser: Lichtteilchen und Elektronen kooperieren

Eine Gruppe um Dr. Parinda Vasa und Lienau (Universität Oldenburg) konnte - in enger Zusammenarbeit mit weiteren Wissenschaftlern aus Deutschland, den USA und Korea - erstmals analysieren, wie Licht und Elektronen in Nanostrukturen aus Metallen und Halbleitern miteinander in Wechselwirkung stehen. "Die optischen Eigenschaften von metallischen Nanostrukturen werden zur Zeit von vielen Forschern in der Welt sehr intensiv untersucht, da diese Strukturen es ermöglichen, eine ganz neue Klasse optischer Mikroskope zu bauen und eine Vielzahl von Anwendungen in optischen Metamaterialien, in der Biosensorik oder sogar in der Krebsvorsorge versprechen", so Lienau. Die große Herausforderung bestehe aber darin, Licht für längere Zeiten in metallischen Strukturen zu speichern.

Dies könnte möglicherweise in zusammengesetzten Nanostrukturen aus Metallen und Halbleitern gelingen. Bislang weiß man aber noch relativ wenig darüber, wie Licht und Elektronen in solchen komplexen Nanostrukturen miteinander in Wechselwirkung stehen. Den Physikern gelang es nun, Halbleiter-Metall-Nanostrukturen zu entwerfen und herzustellen, mit denen diese Wechselwirkung erstmals im Detail untersucht werden konnte. Eine fundierte theoretische Analyse der experimentellen Daten erfolgte in Kooperation mit Theoretikern der Technischen Universität Ilmenau.
Die Arbeit gilt als ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu neuen Nanolasern und könnte darüber hinaus helfen, neue optische Computer oder auch verbesserte Solarzellen zu entwickeln.

 Abb.: Goldene Wellen: Die Computersimulation zeigt die elektrische Feldstärke in der Umgebung von nanoskaligen Goldstreifen (Abbildung im Querschnitt), wenn diese mit Infrarotlicht bestrahlt werden. In einer Versuchsreihe wurde die Wechselwirkung zwischen den Oberflächenplasmonen des Goldes - zusammengesetzten Wellen aus elektromagnetischen Feldern und Elektronen - und den Elektronen in der darunter liegenden Halbleiterschicht nachgewiesen.

Quelle: Gerhard Harms, Pressestelle Carl von Ossietzky-Universität Oldenburg

Weitere Infos:

• "Lights and electrons cooperate", Physical Review Focus vom 16. September 2008 http://focus.aps.org/story/v22/st9
• "Coherent Exciton-Surface-Plasmon-Polariton Interaction in Hybrid Metal-Semiconductor Nanostructures", P. Vasa, R. Pomraenke, S. Schwieger, Yu. I. Mazur, Vas. Kunets, P. Srinivasan, E. Johnson, J. E. Kihm, D. S. Kim, E, Runge, G. Salamo, and C. Lienau. Phys. Rev. Lett. 101, 116801
  http://link.aps.org/abstract/PRL/v101/e116801

GWF