Künstliche Magnetfelder für Photonen

15. März 2017, 12:17 Uhr
Mit Exzitonen gekoppelte Photonen lassen sich elektrisch und magnetisch beeinflussen. Bild: Colourbox / Montage Josef Kuster)
Mit Exzitonen gekoppelte Photonen lassen sich elektrisch und magnetisch beeinflussen. Bild: Colourbox / Montage Josef Kuster)

In moderner Elektronik und IT wird scharf zwischen Licht-Teilchen (Photonen) für die schnelle und zuverlässige Übertragung von Daten über große Entfernungen und eben Elektronen unterschieden, die (nicht nur) in Computern zur Datenverarbeitung verwendet werden. Warum nicht auch hier Photonen eingesetzt werden, liegt vor allem daran, dass sie nicht so einfach über elektrische oder magnetische Felder beeinflusst werden können. Doch jetzt haben Forscher der ETH Zürich experimentell demonstriert, dass man Photonen indirekt mit künstlichen Magnetfeldern steuern kann.

Auch wenn es eigentlich unmöglich ist, Photonen mit elektrischer Ladung zu versehen, so ist das uneigentlich doch möglich, indem man sie „täuscht“, sie hätten eine solche Ladung. Schon seit einigen Jahren wird an optischen Materialien geforscht, die während der Herstellung so justiert werden, dass sich Photonen beim Durchtritt so verhalten, als wenn sie einem wirksamen elektrischen oder magnetischen Feld ausgesetzt wären. Der Nachteil dieser Technik ist aber, dass diese Pseudofelder nicht nachträglich geändert werden können, zumindest nicht in halbwegs brauchbarer Geschwindigkeit. Doch schnelle Änderungen wären bei der Verwendung von Photonen zur Datenverarbeitung unerlässlich.

Der Weg der ETH-Forscher nutzt daher nicht Materialeigenschaften, sondern sogenannte Polaritonen. Beim Übergang von Photonen in ein Material bilden sich zusammen mit Elektronen, die sich vom Licht bewegen bzw. polarisieren (bei dielektrischen Materialien) lassen, diese Polaritonen – gekoppelte Licht- und Polarisationswellen (oder Exzitonen, gegenseitig verbundene Elektronen und Löcher).

Die Photonen verwandeln sich also in Polaritonen, die Exzitonen bei ihrem Weg durch einen Halbleiter mit sich nehmen. Durch diese Kombination wird es indirekt möglich, die Photonen im Halbleiter durch ein elektrisches oder magnetisches Feld zu beeinflussen.
 

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