Solarzellen, Kameras, Halbleiter – mit Silizium ist heute fast alles möglich. Jetzt haben Wissenschaftler aus dem vielseitigen Material sogar einen Laser hergestellt, obwohl dies bisher als physikalisch unmöglich galt. Sie veränderten die Struktur der Siliziumkristalle mithilfe einer neuen Nanotechnik.
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Seit der Entwicklung des ersten funktionierenden Lasers auf der Basis eines Rubins im Jahr 1960 haben Forscher das begehrte lineare Licht den verschiedensten Substanzen, von Neongas bis zum Saphir, entlockt. Auf die Idee, Silizium dafür einzusetzen kam niemand, denn seine normale Struktur erlaubt nicht die Elektronenanordnung, die man braucht um den Halbleiter zum Strahlen zu bringen. Seine Elektronen sind zu weit voneinander entfernt.
Schablone mit Milliarden Löchern
Jetzt hat ein Forschertrio der amerikanischen Brown Universität unter der Leitung von Jimmy Xu, Professor für Ingenieurswesen und Physik, das scheinbar Unmögliche möglich gemacht. Das Team schuf den ersten direkten Siliziumlaser. Sie erreichten dies, indem sie das Material mit winzigen Löchern spickten und damit einzelne Atome aus dem Kristallgitter „stanzten“.
Dafür bedeckten sie das Silizium mit einer rund einen Millimeter großen Schablone aus eloxiertem Aluminium, die Milliarden von regelmäßig angeordneten Löchern aufwies. Über das Siliziumstück gelegt, bombardierten die Forscher anschließend das Ensemble mit einem energiereichen Ionenstrahl, der durch die Löcher hindurch Atome aus dem Silikongitter herausschleuderte. Als Folge lagerten sich die Siliziumatome nahe der Löcher so um, dass eine Laseremission möglich wurde.
Und tatsächlich: Angeregt produzierte das solcherart veränderte Silizium ein schwaches, aber „richtiges“ Laserlicht. Schwellenverhalten, Spektrum und Fokus des Lichts entsprachen, das zeigten mehrere Tests, deren Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlicht wurden, den klassischen Eigenschaften des Lasers.
Viele Anwendungen denkbar
Bisher allerdings ist das Ereichte noch nicht sonderlich praxistauglich, räumt Xu ein. Um kommerziell einsetzbar zu sein, muss der Laser noch so modifiziert werden, dass er bei Raumtemperatur läuft und nicht wie bisher nur bei minus 200°C. Zu schwach ist er außerdem noch. Aber die Wissenschaftler sind zuversichtlich, auch das noch bewerkstelligen zu können.
Denn, so ihr Credo, ein Material mit den elektronischen Eigenschaften von Silizium und den optischen Eigenschaften eines Laser könnte sowohl in der Elektronikindustrie als auch in der Telekommunikation dazu beitragen, beispielsweise schnellere, leistungsfähigere Computer oder optische Netzwerke herzustellen. „Jede neue Entdeckung in der Wissenschaft findet letztlich eine Anwendung“, erklärt Xu. „Es braucht eben nur meist Jahre, um die Technologie zu entwickeln.“
(Brown University, 22.11.2005 – NPO)
