Der kleinste Laser der Welt

Mit schwingenden Elektronen an der Oberfläche erstrahlt ein Nanokörnchen aus Gold im grünen Laserlicht

Kleinster Laser der Welt aus einem Gold-Nanoteilchen
Kleinster Laser der Welt aus einem Gold-Nanoteilchen

Norfolk (USA) - Ein winziges, nur 14 Millionstel Millimeter kleines Goldkörnchen ist das Herzstück des bisher kleinsten Lasers der Welt. Mit diesem konnte ein amerikanisches Forscherteam erfolgreich grüne Lichtpulse erzeugen. Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift "Nature" berichten, wurde dieser Rekord durch die geschickte Anregung von Elektronenschwingungen an der Oberfläche des Nanopartikels möglich. Solche filigrane Lichtquellen könnten in Zukunft in optischen Schaltkreisen verwendet werden, die Daten viel schneller verarbeiten können als jeder heute bekannte Elektronikchip.

Erst 2003 wurde von israelischen und amerikanischen Forschern vorhergesagt, dass eine solche winzige Lichtquelle tatsächlich funktionieren könnte. Nun gelang es Mikhail Noginov von der Norfolk State University und seine Kollegen von der Purdue und der Cornell University, diese Theorie in die Tat umzusetzen. Dazu umhüllten sie das Goldkörnchen mit einer hauchdünnen Schicht aus Natriumsilikat. An der Oberfläche versetzten sie Elektronen zu einer kollektiven Schwingung. Diese Plasmonen regten wiederum eine weitere Hülle aus Siliziumoxid mit einem eingelagerten Farbstoff so an, dass von dem insgesamt 44 Nanometer kleinen Kügelchen grüne Lichtpulse bei einer Wellenlänge von 531 Nanometern ausgesendet wurden.

Klassische Laser können vom Prinzip her nicht kleiner werden als die Hälfte der Wellenlänge des emittierten Lichts, also etwa 200 Nanometer. Da in dem winzigen Kügelchen jedoch keine Lichtwellen, sondern Plasmonen verstärkt werden, konnte die Lichtquelle auf ein Viertel dieses Werts schrumpfen. Die Forscher nennen ihre Lichtquelle nicht Laser sondern Spaser, da er "Surface Plasmons" - auf deutsch Oberflächenplasmonen-, für die Lichterzeugung nutzt.

Auch wenn dieses Experiment die allererste Demonstration eines Spasers darstellt, rechnen die Forscher schon bald mit sinnvollen Anwendungen. So könnten diese winzigen Lichtquellen sehr schnell geschaltet werden und mit Taktraten im Terahertzbereich für Datenspeicher und optische Schaltkreise genutzt werden. "Der Spaser arbeitet über eintausend Mal schneller als der schnellste Transistor und ist zugleich nur einige Nanometer groß", sagt gegenüber dem Fachjounal "Technology Review" Mark Stockman von der Georgia State University, einer der geistigen Väter dieser Plasmonen-Lichtquelle.