Nano-Scheinwerfer für zukünftige Lichtchips: Quantenpunkte erleuchten photonische Kristalle

Abermilliarden von Datenbits sausen jede Sekunde durch Glasfaserkabel rund um den Erdball. Diese schnelle Informationsübertragung soll in Zukunft auch Rechenchips aus photonischen Kristallen enorm beschleunigen.

Photonischer Kristall
Photonischer Kristall

Chemnitz - In so genannten photonischen Kristallen kann der Weg von schnellen Lichtteilchen schon ähnlich beeinflusst werden, wie bei schaltenden Elektronen in einem Halbleiter. Bevor jedoch der erste Lichtchip seine elektronischen Vorgänger weit in den Schatten stellen wird, müssen Forscher noch viel über diese lichtleitenden Kristalle lernen. Deutsche Forscher entwickelten dazu eine Art Nano-Scheinwerfer, der die dreidimensionalen Strukturen der photonischen Kristalle noch genauer erleuchtet. Ihre Ergebnisse präsentieren sie im Fachblatt "Physical Review Letters".

"Mit winzigen Quantenpunkten ist es erstmals möglich, einen Blick in die lokalen optischen Eigenschaften eines dreidimensionalen photonischen Kristalls zu werfen", sagt Frank Cichos von der Technischen Universität Chemnitz. Damit erwarten sie neue Erkenntnisse, um die photonischen Kristalle besser für ihren Einsatz in extrem schnellen Lichtchips vorbereiten zu können. Der Nano-Scheinwerfer selbst besteht dabei aus einem Millionstel Millimeter kleinen Molekülhaufen aus Cadmiumselenid. Eingelagert in eine dreidimensionale Struktur auf winzigen Polymerkügelchen kann diese über Fluoreszenz zum Leuchten angeregt werden. Dieses Licht breitet sich in dem photonischen Kristall aus dem Polymer aus und kann dabei genau analysiert werden. "Das Interessante daran ist, dass der photonische Kristall das Aussenden von Licht einer bestimmten Farbe durch fluoreszierende Partikel nur in bestimmte Richtungen erlaubt oder sogar komplett verhindert", erklärt der an dem Experiment beteiligte Physiker Michael Barth.

Keine Forschergruppe schaffte es vor den Chemnitzer Wissenschaftlern, so elegant in photonische Kristalle hineinzublicken. Doch nicht nur Lichtchips können von diesem Erfolg profitieren. Durch die Verwendung einzelner Quantenpunkte als Lichtquellen in diesen Materialien ergeben sich auch ganz neue Möglichkeiten für die Quanteninformationsverarbeitung. Einzelne Lichtteilchen können dabei in Zukunft Bits schalten, für die heute in Chips noch Tausende von Elektronen bewegt werden müssen. Diese sehr viel kleineren und schnelleren Schaltkreise könnten schon im kommenden Jahrzehnt erste Rechenaufgaben bewältigen.