Zweidimensionales Licht:
Forscherteam der Uni Graz gelang Meilenstein

Die große wirtschaftliche Bedeutung der weiteren Miniaturisierung existierender Schlüsseltechnologien steht außer Zweifel. Eindrucksvollstes Beispiel dafür ist der enorme technologische Innovationsschub im Gefolge der stetigen Verkleinerung der Elektronik. Aber auch im Bereich der Optik initiiert die fortwährende Miniaturisierung eine Reihe völlig neuer Technologien, so sind etwa Glasfasern in der Telekommunikation oder Compact Discs in der Unterhaltungsbranche längst Bestandteil unseres täglichen Lebens.

Gegenwärtig stößt die Verkleinerung der Optik jedoch an ihre Grenzen. Wenngleich extrem miniaturisierbar, sind herkömmliche optische Elemente immer dreidimensionale Strukturen. Ihre Herstellung sowie ihre Integration verlangen nach komplizierten technischen Verfahren. Im Gegensatz dazu beruht der Erfolg der Mikroelektronik auf der Möglichkeit elektronische Bauteile praktisch völlig flach, also in zweidimensionaler Bauweise, herzustellen. Der herkömmlichen Optik ist dieser Weg verwehrt, konnte sich doch Licht, anders als elektrischer Strom, bislang nicht in eine zweidimensionale Ebene zwängen. WissenschaftlerInnen des Instituts für Experimentalphysik der Universität Graz konnten nun das Gegenteil beweisen! Sie koppelten Lichtfelder an die negativen Ladungsträger (Elektronen) an der Oberfläche einer ultradünnen, nur 70 Millionstel Millimeter (Nanometer) dicken Schicht aus Silber. Dadurch stellten sie einen Mischzustand aus Licht und Elektronen her, der als Oberflächen-Plasmon bekannt ist. Das Entscheidende daran: Wie ihr Name bereits andeutet, sind Oberflächen-Plasmonen in der Oberfläche des Silberfilmes gefangen. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Lichtfeldern also durch ihre praktisch zweidimensionale Struktur. Davon ausgehend, verwirklichte das Grazer Team durch die Herstellung von wenigen Nanometer großen Strukturen auf dem Silberfilm erstmals die zweidimensionalen Varianten einer Reihe einfacher optischer Elemente wie Spiegel und Strahlteiler.

Aber auch komplexe optische Geräte können mithilfe dieser völlig neuartigen Technologie zweidimensional nachgebildet werden. „Damit sind wir dem optischen Chip ein gutes Stück näher gekommen“, schildert Ao.Univ.-Prof. Dr. Joachim Krenn von der Arbeitsgruppe am Institut euphorisch. „Durch Datenverarbeitung mittels Licht würden Computer nämlich wesentlich leistungsfähiger werden.“
Die Ergebnisse der Grazer WissenschaftlerInnen eröffnen die Möglichkeit der technologisch einfachen zweidimensionalen Fertigung optischer Elemente. Eine weitere Miniaturisierung der Optik, optische Datenverarbeitung und eine Vielzahl von Anwendungen im Rahmen der Nanotechnologie sind dadurch zu erwarten. Zu diesem Schluss kam auch die international renommierten Zeitschrift „The Economist“, die in ihrer Ausgabe vom 26. Oktober 2002 über die Arbeit der Grazer WissenschaftlerInnen berichtet. Online-Version des Artikels in „The Economist”:
http://www.economist.com/science/displayStory.cfm?story_id=1403371

Grazer Arbeitsgruppe am Institut für Experimentalphysik der Universität Graz:
Univ.-Prof. Dr. Franz Aussenegg, Gruppenleiter
Ao.Univ.-Prof. Dr. Joachim Krenn
Ao.Univ.-Prof. Dr. Alfred Leitner
Mag. Harald Ditlbacher
Mag. Gerburg Schider
DI Andreas Hohenau
http://nanooptics.uni-graz.at

Oberflächenplasmonen: Licht breitet sich (ähnlich wie eine Welle auf Wasser) auf einer Metalloberfläche aus.	Durch spezielle Strukturierung der Metalloberfläche werden zwei gerichtete Plasmonenstrahlen erzeugt.	Ein Plasmonenstrahl wird von einem Plasmonenenspiegel reflektiert.

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Fotos: Ditlbacher

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