Feinste Lichtstrahlen mit winzigen Kugeln lenken

Winzige Kügelchen aus Metall sollen Licht durch die Nanowelt lenken: US-Physiker zeigten jetzt per Computersimulation, dass Licht im Nanometermaßstab mit Schwingungsquanten an der Metalloberfläche wechselwirkt.

Evanston (USA) - Die Modellrechnungen zeigen, dass sich der Weg des Lichtes durch eine Anordnung von Silberkugeln von nur Millionstel Millimeter Größe (Nanometer) verändern lässt. Wenn dieser Effekt in Experimenten bestätigt werden kann, könnte er die Grundlage für neue Lichtquellen für polarisiertes und kohärentes Licht liefern. Daraus ließen sich Schalter, Sensoren, Konverter, Datenspeicher und diverse andere optische Geräte im Nanometermaßstab konstruieren.

Nanoplasmonics nennt sich das Forschungsgebiet der Physiker Maxim Sukharev und Tamar Seideman von der Northwestern University. Auf der Nanoebene verhalten sich Teilchen nicht mehr nach den klassischen Gesetzen der Physik, sondern zeigen neue Formen und Verhaltensweisen. So reagiert das Licht -- das sich sowohl als Welle als auch als Strahl von Lichtquanten oder Photonen beschreiben lässt -- im Nanobereich mit den so genannten Plasmonen der Metalloberfläche. Plasmonen sind "Quasiteilchen", so genannte Schwingungsquanten der Plasmawellen, die auftreten, wenn die Elektronen eines Festkörpers kollektiv angeregt werden. Die Forscher hatten in ihrer Simulation Silberkügelchen in einer T-Form angeordnet. Das virtuell darauf gestrahlte Licht zeigte Wechselwirkung mit den Plasmonen an der Silberoberfläche: Durch Verändern der Polarisation des Lichtes veränderte sich im Modell der Pfad des Lichtes.

Zudem ist es theoretisch möglich, das einfallende Licht innerhalb von "plasmonischen Kristallen" aus regelmäßigen Anordnungen von Nanopartikeln zu speichern. Dabei ließe sich das Licht je nach Geometrie des Kristalls bündeln und lenken. Also könne man den Effekt offenbar nutzen, um Lichtquellen im Nanometermaßstab mit steuerbarer Polarisation und Kohärenz des Strahls herzustellen. Die Forscher berichten im Fachblatt "Journal of Physics B". Nun müssten die theoretischen Vorhersagen sich nur noch im Experiment bestätigen. Auch dabei soll die Software helfen, um den Design-Prozess optimal zu gestalten.