05.02.2016

Schaltbare Nano-Ampel

Neues Verfahren schaltet Lichtquellen auf der Nano­skala gezielt ein und aus.

Metallische Nanopartikel lassen sich als Basis für präzise steuer­bare Licht­quellen nutzten. Das zeigt die Arbeit eines Forschungs­teams um Markus Lippitz an der Uni Bayreuth. Das von den Wissen­schaftlern entwickelte Verfahren macht es erstmals möglich, Licht­quellen auf der Nano­skala gezielt ein- und auszu­schalten. In einer Serie von Experi­menten haben die Forscher Nano­stäbchen aus Gold unter­sucht. Jedes dieser Stäbchen wurde in seiner vollen Länge wieder­holt einer sehr kurzen, aber intensiven Bestrahlung durch Laser­licht ausge­setzt. Die dadurch ange­regten Partikel reflek­tieren dieses Licht – aber so, dass das abge­strahlte Licht nicht überall die gleichen Wellen­längen wie der einfal­lende Laser­strahl hat. Wird ein Nano­stäbchen beispiels­weise durch rotes Laser­licht angeregt, so strahlt es nicht nur rotes Licht, sondern auch energie­reicheres blaues Licht ab. Daniela Wolf und Thorsten Schumacher konnten zeigen, dass das blaue Licht – im Unter­schied zum energie­ärmeren roten Licht – nicht gleich­mäßig vom gesamten unter­suchten Nano­stäbchen abge­strahlt wird. Es leuchtet viel­mehr nur an wenigen und sehr kleinen Stellen des Partikels.

Abb.: Nanostäbchen als schaltbare blaue Nano-Ampel. Mit Hilfe genau definierter Laserpulse können nur die beiden Enden oder auch nur die Mitte des Stäbchens zum Leuchten gebracht werden. (Bild: T. Schumacher, U. Bayreuth)

Um diese punktförmigen Emissionszentren zu beobachten, kombi­nierten die Wissen­schaftler ein leistungs­starkes Mikro­skop mit einem speziellen Abbildungs­verfahren. So fanden sie heraus, dass die Anzahl und die Positionen der Emissions­zentren variieren. Sie richten sich nach der Wellen­länge des Laser­lichts, mit dem ein Nano­stäbchen bestrahlt wird. Je nach Wellen­länge wird blaues Licht beispiels­weise nur an einer einzigen Stelle in der Mitte des Stäbchens oder nur an dessen beiden Enden abge­strahlt. Diese winzigen Licht­quellen können gezielt ein- und ausge­schaltet werden, denn die Wellen­länge des Laser­lichts lässt sich mit hoher Genauig­keit steuern. Die Nano­stäbchen aus Gold werden so zu kleinen schalt­baren Nano-Ampeln.

Lippitz, einer der führenden Experten in Deutsch­land auf dem Gebiet der Nano­optik, sieht in diesen Ergeb­nissen ein großes Anwendung­spotenzial: „Es ist das erste Mal, dass wir eine Licht­quelle auf der Nano­skala so exakt steuern können.“ Eine mögliche Anwendung einer solchen Nano­ampel ist die gezielte Über­tragung von Daten mit Licht. Analog zu Mobil­funk- oder Radio­signalen, die mithilfe von Antennen gesendet und empfangen werden, erscheint es jetzt grund­sätzlich möglich, Licht­signale mit der Nano­ampel zu über­mitteln. Dieses Konzept könnte in Zukunft helfen, elek­tronische Schaltungen auf Computer­platinen durch schnellere optische Schaltungen zu ersetzen.

U. Bayreuth / RK

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