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
