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Dienstag, 24.10.2017
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Nano-Spiegel macht Licht „flott“

Durchbruch in optischer Datenverarbeitung gelungen

Die Computer werden immer "stärker", schnell genug sind sie trotzdem nie. Eine rasantere Zukunft verspricht der "optische Chip", an dem seit Jahren geforscht wird. Physiker der Universität Graz haben dabei nun einen wichtigen Durchbruch geschafft. Ihnen ist es gelungen, mit Hilfe eines Nano-Spiegels zweidimensionales Licht entlang einer Goldoberfläche gezielt auszurichten. Damit ist die Voraussetzung geschaffen, um Licht entlang hauchdünner Drähte mit einem Durchmesser von nur wenigen Milliardstelmeter weiterzuleiten.
Nanopartikel auf Gold

Nanopartikel auf Gold

Die Forschungsergebnisse, über die die Wissenschaftler in der Online-Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins "Nature Physics" berichten, öffnen den Weg für die Verarbeitung noch größerer Datenmengen in noch kürzerer Zeit. Denn Licht ist einfach schneller als Strom.

Für die Datenübertragung mittels optischer Signale werden bis dato Glasfaserkabel verwendet, wie etwa bei der Breitband-Technologie. "Damit können zwar hohe Kapazitäten erreicht werden, doch die herkömmlichen Bauteile lassen sich nicht viel kleiner als ein Mikrometer, das ist ein Millionstelmeter, machen", erklärt Professor Joachim Krenn vom Institut für Physik der Universität Graz. In Zeiten der Nanotechnologie ist das riesig, braucht zu viel Platz und Energie und ist somit ineffizient.

Licht flach gemacht


Auf der Suche nach einem Weg, optische Signale auch im Nanobereich transportieren zu können, zählt das Grazer Team zu den international führenden Forschungsgruppen. Bereits 2003 sorgten die Physiker für Aufsehen, als es ihnen gelang, Licht, das für gewöhnlich dreidimensional ist, in die Oberfläche eines dünnen Goldfilms zu zwingen und dabei zweidimensional - sprich flach - zu machen. Befindet sich Licht in diesem Zustand, spricht man von "Oberflächenplasmonen".


Flach und gut, doch als optisches Signal weiterleiten ließ sich das "eingefangene" Licht bis jetzt noch nicht. Aber auch dieses Problem haben die Forscher um Krenn nun gemeinsam mit Arbeitsgruppen in Madrid und Zaragoza (Spanien), Straßburg und Dijon (Frankreich) und Aalborg (Dänemark) gelöst. Sie schickten Licht durch einen 160 Nanometer breiten Spalt in einem Goldfilm.

Länderübergreifende Zusammenarbeit


"Normalerweise breitet es sich auf beiden Seiten des Spalts aus. Wird jedoch die Metalloberfläche auf einer Seite periodisch strukturiert, erzwingt diese Strukturierung eine gerichtete Ausbreitung des Oberflächenplasmons auf der anderen Seite. Die strukturierte Goldoberfläche reflektiert also gewissermaßen die Oberflächenplasmonen wie eine nanotechnologische Variante eines Spiegels", beschreibt der Physiker das Phänomen.

Die Meilensteine in seinen Forschungen verdankt das Grazer Team nicht zuletzt auch der länderübergreifenden Zusammenarbeit, wie Krenn betont: "Solche Arbeiten benötigen eine Infrastruktur, die nur in internationalen Kooperationen vorhanden ist." Die jüngsten Erfolge wurden gemeinsam mit fünf Partnern im von der EU geförderten Exzellenznetzwerk "Plasmo-Nano-Devices" erzielt, dem insgesamt 17 europäische Forschungslabors angehören. Damit ist man dem Einsatz der Lichttechnologie etwa für Computerchips, Datenspeicherung, hoch sensible Sensoren in Kraftfahrzeugen, Medizintechnik oder Biotechnologie wieder einen entscheidenden Schritt näher gekommen.
(idw - Universität Graz, 12.04.2007 - DLO)
 
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