Quantenlicht: Diamant und Plastik machen gemeinsame Sache
Ungewöhnlicher Hybridansatz ermöglicht stabile Einzelphotonenquelle.
Forscher der Berliner Humboldt-Universität und des Karlsruher Instituts für Technologie kombinierten zwei ganz verschiedene Materialien. Eines davon waren kleinste Diamantsplitter, denn Diamant enthält neben Kohlenstoff auch andere Atome als natürliche Verunreinigungen. Diese Fremdatome sind als Farbzentren für die gelbliche oder bläuliche Färbung von Diamanten verantwortlich. Wegen ihrer geringen Größe von einigen Millionstel Millimetern enthielten die Diamantsplitter nur jeweils ein einzelnes Farbzentrum, das sich gezielt mit Hilfe von Laserlicht anregen lässt. Das Farbzentrum gibt die Anregungsenergie dann durch Emission einzelner Lichtquanten wieder ab.
Abb.: (a) Prinzip der Herstellung von scheibenförmigen optischen Resonatoren und gebogenen Wellenleitern durch lokale Polymerisierung eines Photolacks durch einen fokussierten Laserstrahl. (b) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Teststruktur. Länge des Skalenbalkens = 5 µm (Bild: O. Benson)
Die Forscher vermischten nun die Diamantsplitter mit einem speziellen Photolack. Durch Bestrahlung der Lackschicht mit einem fokussierten Laserstrahl ließ sich der Lack lokal polymerisieren. Auf diese Weise konnten sie nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen schreiben, die dann einzelne Diamamtsplitter mit einzelnen Farbzentren als Quantenlichtquellen enthalten. Das Team konzentrierte sich zunächst auf optische Wellenleiter und Resonatoren, mit denen die von den Farbzentren abgegebenen Photonen mit hoher Effizienz eingesammelt und weitergeleitet wurden.
Die Vorteile des neuen hybriden Materialsystems sind die gut etablierte und preiswerte Herstellungsmethode sowie die unbegrenzte Stabilität der Photonenemission auch bei Zimmertemperatur. Die Forscher arbeiten nun daran, die neuen Strukturen mit anderen optischen Instrumenten zu kombinieren. Auf diese Weise ließen sich zahlreiche Anwendungen im Bereich der hochauflösenden Mikroskopie, der optischen Sensorik oder auch der Quanteninformationsverarbeitung verlässlich und kostengünstig realisieren.
HU Berlin / AH
