Optischer Transistor: Physiker drehen Lichtstrahlen

10. Dezember 2013, 14:35 Uhr
Optischer Transistor: Physiker drehen Lichtstrahlen
Optischer Transistor: Physiker drehen Lichtstrahlen

Ein österreichisch-deutsches Forscherteam hat eine Methode entwickelt, um mithilfe einer dünnen Halbleiterschicht und eines Magnetfelds die Polarisationsrichtung von Lichtstrahlen exakt zu kontrollieren (Grafik: TU Wien). Das könnte sich als Durchbruch auf dem Weg zu ultraschnellen optischen Computern erweisen. "Man könnte unser System als einen Licht-Transistor bezeichnen", erklärt Andrei Pimenov, Professor am Institut für Festkörperphysik der TU Wien. Es stellt also optische Logikschaltungen in Aussicht.

 

Transistoren bilden die Grundlage für die moderne Informationstechnologie. Dieses Prinzip konnte das Team an TU Wien und Universität Würzburg auf Licht übertragen. Die Forscher steuern mithilfe eines Magnetfelds exakt, in welcher Ebene Lichtwellen schwingen, also die Polarisationsrichtung. Das funktioniert für Infrarot-Strahlung im Terahertz-Bereich und könnte somit optische Computer mit entsprechend hoher Taktfrequenz ermöglichen.

 

"Zum Funktionieren des optischen Transistors braucht man einen zweiten Polarisator, der nur eine Polarisationsrichtung durchlässt", erläutert Pimenov gegenüber dem Newsletter "pressetext". Ist ein Lichtstrahl so polarisiert, dass er durchkommt, entspricht das einem Stromfluss in einem elektronischen Transistor. Ist der Lichtstrahl dagegen falsch gedreht, kommt das praktisch dem Off-Zustand ohne Stromfluss gleich.

 

Den Schlüssel zum optischen Transistor bildet der sogenannte "Faraday-Effekt". Dabei ändert sich die Polarisationsrichtung von Licht, wenn es in einem Magnetfeld durch geeignete Materialien geht. "Bei allen bisher dafür bekannten Materialien war dieser Effekt allerdings recht schwach", sagt Pimenov. Wie die Forscher in der Fachzeitschrift Physical Review Letters berichten, ist es ihnen mit dem Halbleiter Quecksilber-Tellurid nun gelungen, einen wesentlich stärkeren Effekt zu erzielen. Eine Materialschicht von weniger als einem Mikrometer Dicke reicht demnach aus, um Lichtwellen durch die Stärke des angelegten Magnetfelds ganz exakt in eine gewünschte Polarisationsebene zu drehen.

 

Ehe diese Entdeckung wirklich zu optischen Computerschaltungen führt, dürfte es noch dauern. Zunächst ist der Effekt vor allem für die Forschung sehr interessant. Licht mit genau bestimmten Polarisationseigenschaften ist für viele Laborexperimente nützlich. Zudem handelt es sich bei den genutzten Materialschichten laut Pimenov um sogenannte "topologische Isolatoren". Das sind bisher nur unzureichend verstandene Materialien, die nur an ihrer Oberfläche Strom leiten. Manchen Forschern zufolge könnten sie für die Umsetzung von Quantencomputern von großer Bedeutung sein.

 

Quelle: pressetext.at

 

Institut für Festkörperphysik der TU Wien:
www.ifp.tuwien.ac.at

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