Physiker lassen Lichtwellen gezielt rotieren

Über ein Magnetfeld

Physiker lassen Lichtwellen gezielt rotieren

Bekannter "Faraday-Effekt" in bisher unerreichter Stärke entdeckt.

Lichtwellen können in unterschiedliche Richtungen schwingen - ähnlich wie eine gespannte Saite von oben nach unten oder von links nach rechts schwingen kann. Physiker der Technischen Universität (TU) Wien haben gemeinsam mit Forschern der Universität Würzburg nun eine Methode entwickelt, die Schwingungsrichtung von Licht mit Hilfe eines Magnetfelds und einer ultradünnen Halbleiterschicht gezielt zu kontrollieren und beliebig zu drehen. Ihre Arbeit wurde nun in der Wissenschaftszeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlicht.

© TU Wien

Bild: (c) TU Wien

Magnetfeld
Die Schwingungsrichtung (Polarisationsrichtung) von Licht kann sich ändern, wenn man es in einem starken Magnetfeld durch bestimmte Materialien schickt. Dieses als "Faraday-Effekt" bekannte Phänomen war allerdings bei allen bisher dafür bekannten Materialien recht schwach, wird Andrei Pimenov (rechts im Bild) vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien in einer aktuellen Aussendung der Uni zitiert.

Enormer Effekt
Durch die Verwendung von Licht eines bestimmten Wellenlängenbereiches und mit Hilfe von extrem sauberen Halbleitern aus Quecksilber-Tellurid konnten die Wissenschafter nun allerdings einen um Größenordnungen stärkeren Effekt erzielen. Durch die Stärke des äußeren Magnetfelds lässt sich die Schwingungsrichtung des Lichts präzise steuern, die Lichtwellen können in beliebige Richtung gedreht werden. Die notwendige Halbleiterschicht ist dabei nur hauchdünn, weniger als ein Tausendstel Millimeter. "Mit anderen Materialien dieser Dicke könnte man die Polarisationsrichtung des Lichtes höchstens um Bruchteile eines Grades verändern", so Pimenov.

Elektronen des Halbleiters brachten Durchbruch
Der Schlüssel zu diesem Effekt liegt in den Elektronen des Halbleiters: Das einstrahlende Licht versetzt die Elektronen in Schwingung, gleichzeitig lenkt sie das zusätzlich angelegte Magnetfeld ab. Die daraus resultierende komplizierte Elektronenbewegung beeinflusst nun ihrerseits den Lichtstrahl und verändert dessen Polarisationsrichtung.

Computer-Technik der Zukunft
Das Experiment könnte auch Möglichkeiten für neuartige Computertechnik eröffnen, entspricht es doch der logischen Schaltung eines Transistors. Bei einem Transistor, einem der wichtigsten und vielfältigsten Bauelemente der Elektronik, wird ein elektrischer Stromfluss abhängig von einem zusätzlichen Eingangssignal gesteuert. Analog dazu wird bei dem TU-Experiment ein Lichtstrahl durch ein äußeres Magnetfeld gesteuert. Die beiden Systeme seien einander sehr ähnlich, "man könnte unser System als einen Licht-Transistor bezeichnen", denkt Pimenov bereits an optische Computerschaltungen, die eines Tages elektronische Schaltungen ersetzen oder ergänzen könnten.

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