Quantenemission aus Fehlstellen
Nach Entfernen eines einzigen Atoms taugt Siliziumkarbid bei Raumtemperatur als Maser.
Den Laser kennt heutzutage so gut wie jeder; von einem Maser hingegen haben wohl nur Spezialisten gehört. Obwohl beide Geräte auf dem gleichen Prinzip beruhen, hat der Laser längst Einzug in die Allerweltstechnik gefunden, während der Maser ein teures Nischenprodukt geblieben ist, das nur selten zum Einsatz kommt. Das könnte sich in naher Zukunft ändern: Vladimir Dyakonov, Inhaber des Lehrstuhls für Experimentelle Physik VI der Universität Würzburg, und sein Wissenschaftlicher Mitarbeiter Georgy Astakhov haben einen Weg gefunden, der dem Maser einen ähnlichen Siegeszug eröffnen könnte wie dem Laser.
Abb.: Nach dem Beschuss mit Neutronen zeigen Siliziumkarbid-Kristalle überraschende Eigenschaften – sie emittieren Mikrowellen. (Bild: H. Kraus, JMU)
„Heutige Maser arbeiten nur bei extrem tiefen Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt und benötigen eine aufwendige Kühlung. Für den Einsatz in der Alltagstechnik sind sie deshalb nicht geeignet“, sagt Dyakonov. Trotzdem sind Maser für die Technik von Interesse: Für Kommunikationszwecke lassen sie sich beispielsweise sehr gut nutzen; außerdem reagieren sie äußerst empfindlich auf Mikrowellen und eignen sich deshalb gut als Sensoren und Messapparate.
Astakhov und Dyakonov ist jetzt der prinzipielle Nachweis gelungen, dass ein Maser auch bei Zimmertemperatur arbeiten kann. Die beiden Physiker haben dafür auf ein Material zurückgegriffen, das sich in der Technik längst etabliert hat: Siliziumkarbid. „Wir haben Siliziumkristalle mit Neutronen beschossen und auf diese Weise gezielt einzelne Atome aus dem Kristallgitter entfernt“, beschreibt Astakhov die Vorgehensweise im Labor. Eine Fehlstelle im ansonsten regelmäßigen Gitter: Das merken auch die benachbarten Bindungspartner und reagieren darauf in einer Art und Weise, dass der Kristall seine Eigenschaften verändert. In diesem Fall, wenn er mit Licht bestrahlt ist, sandte er Mikrowellen aus – und das eben schon bei Raumtemperatur. Bis allerdings der erste Siliziumkarbid-Maser auf den Markt kommt, müssten noch viele, bislang noch unbeantwortete Fragen geklärt werden; außerdem bedürfe es dafür einer „konsequenten Technologieentwicklung“.
JMU / OD
