Plasmonen Erlauben eingefangene Lichtwellen lichtschnelle Computer?

Redakteur: Franz Graser

Oberflächen-Plasmonen sind Lichtwellen, die auf einer metallenen Oberfläche eingefangen werden. Amerikanische Forscher haben festgestellt, dass sich die Plasmonen auf der Oberfläche einige hundert Mikrometer weit bewegen – weit genug, um für die Computertechnik interessant zu sein?

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Plasmonen sind Lichtwellen (hier blau dargestellt), die mit ultradünnen Metallplättchen eingefangen werden. Mit Hilfe eines Laserimpulses (Pump beam) wird ein Plasmon erzeugt, ein zweiter Laserimpuls (Probe beam) detektiert die Ausbreitung der Welle.
Plasmonen sind Lichtwellen (hier blau dargestellt), die mit ultradünnen Metallplättchen eingefangen werden. Mit Hilfe eines Laserimpulses (Pump beam) wird ein Plasmon erzeugt, ein zweiter Laserimpuls (Probe beam) detektiert die Ausbreitung der Welle.
(Bild: American Chemical Society/US-Energieministerium)

Licht durchdringt transparente Materialien wie zum Beispiel Glas. Metalle können Lichtwellen reflektieren oder blockieren. Sie lassen sich aber auch auf der Oberfläche eines winzigen Metallstreifens oder -filmes einfangen.

Eine solche eingefangene Lichtwelle wird Oberflächen-Plasmon oder kurz Plasmon genannt. Forschern des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in Richland im US-Bundesstaat Washington ist nun der Nachweis gelungen, dass sich diese Plasmonen auf der betreffenden Oberfläche bis zu 250 Mikrometer von der Quelle entfernen können.

Diese Entfernung entspricht zwar nur einem Viertelmillimeter. Die Strecke, die ein Plasmon zurücklegen kann, wäre damit aber groß genug, um für Anwendungen in der Computertechnik interessant zu sein. Da sich das Plasmon beinahe mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, könnten Chips auf Plasmonen-Basis deutlich schneller operieren als solche, die mit Elektronen arbeiten.

Die Forscher wiesen die Bewegung der Plasmonen mit Hilfe einer extrem kleinen Oberfläche aus Gold nach. Dieses Plättchen wurde mit einem Laserstrahl, dem sogenannten Pumpstrahl, beschossen. Mit Hilfe eines zweiten Laserstrahls, des sogenannten Sondenstrahls (Probe beam) konnte die Bewegung der eingefangenen Lichtwelle detektiert und gemessen werden.

„Die Distanz ist überraschend groß, denn Plasmon-Wellen breiten sich normalerweise nicht wie eine Lichtwelle im freien Raum aus“, sagt Dr. Yu Gong, der Hauptautor der Studie am PNNL: „In unserem Fall legen die Plasmonen unerwartet große Strecken in Metallfilmen zurück.“

Den Wissenschaftlern gelang es sogar, die Bewegung der Plasmonen auf Video zu bannen. Daraus konnten sie Informationen wie seine Wellenlänge und seine Geschwindigkeit zu ermitteln. Da die Welle in einer Entfernung von bis zu 250 Mikrometern von ihrem Ursprungsort festgestellt wurde, erlaubt dies möglicherweise den Einsatz der Plasmonen im Computerbereich.

Auf der To-Do-Liste der Wissenschaftler stehen nun die Fragen, wie sich die Ausbreitung von Plasmonen steuern lässt, wie sie zuverlässig und effizient erzeugt werden können – und auch, wie ihre Bewegung angehalten werden kann. Die Lösung dieser Probleme ist die Voraussetzung für Computer, die mit Lichtgeschwindigkeit arbeiten.

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