Neuartige Lichtquelle dank Gummiband-Effekt von Elektronen

Santa Barbara (USA ) – Fast wie an einem Gummiband gehalten können Elektronen ihre angestammten Plätze verlassen und wieder zurückschnellen. Diese durch Laserlicht und Terahertzstrahlung unterstützten Prozesse nutzten nun Physiker von der University of California in Santa Barbara, um ein relativ breites Lichtspektrum im Infrarotbereich zu erzeugen. Wie sie in der Zeitschrift „Nature“ berichten, könnte dieses Licht aufgrund der schnellen quantenphysikalischen Abläufe zu neuen optischen Schaltelementen führen, die Datenraten von einigen Terabit pro Sekunde erreichen könnten.

Schema mit einer blau-grünen Ebene. Von unten treffen Kegel aus gelbem Licht und braunen Linien. Oben treten die braunen Linien durch die Ebene, dazwischen liegen jetzt weiß-leuchtende Scheiben.
Lichterzeugung mit Terahertzstrahlung

„Unsere Ergebnisse zeigen einen neuen Mechanismus für eine ultraschnelle Modulation von Licht“, berichten Mark Sherwin und seine Kollegen vom Institut für Terahertzforschung in Santa Barbara. Dazu bestrahlten sie mit einem Infrarotlaser eine filigrane Struktur aus einem Verbindungshalbleiter bestehend aus den Elementen Indium, Gallium, Aluminium und Arsen. Wegen der hohen Intensität können allein durch Tunneleffekte Elektronen aus dem sogenannten Valenzband in das Leitungsband gehoben werden. Zurück bleiben im Halbleiter Elektronenlöcher.

Fällt nun zugleich polarisierte Terahertzstrahlung auf diesen Halbleiter, werden die Elektronen gezwungen, wieder in ihre Löcher zurückzufallen. Bei diesen Kollisionen entstehen Lichtteilchen, die deutlich mehr Energie aufweisen als das ursprünglich verwendete Licht aus dem Infrarotlaser. Verantwortlich dafür sind Anregungen, die Physiker als Hohe Harmonische bezeichnen.

Gehören diese Experimente mit der Erzeugung Hoher Harmonischer heute noch in den Bereich der Grundlagenforschung, sind zukünftig durchaus konkrete Anwendungen vorstellbar. Denn der Spektralbereich der genutzten Nah-Infrarot-Strahlung kann auch für einen optischen Transport digitaler Daten genutzt werden. Auf der Basis der extrem schnellen Prozesse mit der beobachteten Erzeugung von Photonen sind optische Schaltmodule vorstellbar, die Datenraten von einigen Terabit pro Sekunden mühelos bewältigen könnten.