Gedrehte Lichtstrahlen für optische Transistoren

Forscher können die Schwingungsrichtung von polarisiertem Licht gezielt steuern - Möglichkeiten für neue Computertechnik

Drehung der Schwingungsrichtung
Drehung der Schwingungsrichtung

Wien (Österreich)/Würzburg - Bei polarisiertem Licht liegen die elektrischen Felder der Photonen in einer Ebene. Wenn dieses Licht in einem starken Magnetfeld durch bestimmte Materialien fällt, kann sich die Polarisationsrichtung ändern. Dieses Phänomen heißt Faraday-Effekt, bei bisher bekannten Materialien ist die Drehung allerdings sehr schwach. Mit Hilfe von ultradünnen Halbleiterschichten ist es Physikern der Technischen Universität Wien und der Universität Würzburg gelungen, den Effekt zu verstärken und gezielt zu kontrollieren. Damit haben sie eine der Voraussetzungen für den Bau optischer Transistoren erfüllt.

Der Faraday-Effekt entsteht dadurch, dass der Lichtstrahl die Elektronen im Material in Schwingung versetzt, in diesem Zustand können sie durch das Magnetfeld abgelenkt werden. Ihre Bewegung hat wiederum Einfluss auf die Schwingungsrichtung. Da der Effekt bei verschiedenen Materialien und Wellenlängen unterschiedlich stark ist, wird jeweils eine Konstante ermittelt, die so genannte Verdet-Konstante. Zusammen mit der Stärke des Magnetfelds und der Wegstrecke, die das Licht zurücklegen muss, lässt sich daraus berechnen, wie stark der Faraday-Effekt wirkt.

Die Forschergruppe aus Wien und Würzburg erreichte einen Wert für die Konstante, der um das 10.000-fache höher liegt als bei anderen Versuchen. Sie verwendeten dazu Licht im Terahertzbereich und extrem saubere Halbleiter aus Quecksilber-Tellurid mit einer Dicke von weniger als einem Tausendstel Millimetern. Die Forscher berichten außerdem, dass sie die Schwingungsrichtung präzise steuern konnten, indem sie die Stärke des Magnetfelds änderten.

"Das Licht hat eine Frequenz im Terahertzbereich - das sind die Frequenzen, die vielleicht die übernächste Generation von Computern erreichen wird", berichtet Andrei Piemenov von der Universität Wien. Die Materialien in elektronischen Schaltungen sind für solch hohen Taktfrequenzen nur begrenzt geeignet, Abhilfe könnten optische Elemente schaffen, bei denen kein Stromfluss durch äußere Signale gelenkt wird sondern ein Lichtstrahl. Doch bis solche Licht-Transistoren gebaut werden können, werden die Experimente der Forscher für die Untersuchung von Materialien und die weitere Erforschung des Lichts interessant sein.