Drei quadratische Schichten mit Löchern liegen nebeneinander.

Wie Licht durch winzige Löcher dringt

Leiden (Niederlande) – Lichtwellen dringen sogar durch Löcher, die viel kleiner sind als ihre Wellenlänge. Dazu müssen allerdings genügend Öffnungen in einem symmetrischen Raster angeordnet werden. Ein einziges Loch wirkt dagegen als Barriere und lässt nur ein schwaches Streulicht hindurch. Den Grund für dieses erst vor 15 Jahren entdeckte Phänomen – „außerordentliche optische Transmission" (EOT) genannt – klärten Physiker nun im Detail auf. So spielen spezielle Zylinderwellen für die Lichtausbreitung im Nanobereich eine zentrale Rolle. Wie die Forscher in der Zeitschrift „Nature“ berichten, könnten ihre neuen Erkenntnisse viel zur Entwicklung von optoelektronischen Bauteilen und Sensoren beitragen.

„Derzeit entwickeln Wissenschaftler neue optische Module durch die Strukturierung von Metallflächen, beispielsweise mit Löchern“, sagt Frerik van Beijnum vom Huygens Labor an der Universität Leiden. Den gleichen Weg schlugen er seine Kollegen ein und durchlöcherten mit lithografischen Methoden eine hauchdünne Metallschicht aus Gold und Chrom. Auf diese Schicht strahlten sie Infrarotlicht mit einer Wellenlänge von etwa 750 Nanometern. Die Löcher selbst waren dagegen mehr als doppelt so klein.

Metallschicht aus Gold und Chrom

Über eine genaue Analyse der Lichtwellen vor und hinter der durchlöcherten Metallschicht konnten die Physiker auf die Prozesse bei der Lichtausbreitung zurückschließen. So bildeten sich an der elektrisch leitfähigen Lochmaske zylindrische Wellen aus, die wesentlich das Durchdringen des Lichts unterstützten. Dieser Vorgang ergänzt die bisherige Theorie, die die Lichttransmission allein mit winzigen Schwingungen in der Metallschicht – sogenannten Plasmonen – erklärt hatte. Tatsächlich können nur beide Effekte zusammen den großen Anteil des durchdringenden Lichts ermöglichen.

Diese Messungen und Analysen werden nicht nur die Fachdiskussion unter Physikern weiter beleben. Van Beijnum ist davon überzeugt, dass nun auch neue optische Module durch eine geschickte Anordnung von Nanolöchern leichter entwickelt werden könnten. Anwendungen wären beispielsweise beim Bau von Lichtchips, die Daten via Lichtwellen verarbeiten, oder bei hoch empfindlichen optischen Sensoren vorstellbar.