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Optischer Transistor: Physiker drehen Lichtstrahlen


Lichtdrehung: Magnetfeld in einer dünnen Platte steuert Polarisation (Foto: TU Wien)
Ein österreichisch-deutsches Forscherteam hat eine Methode entwickelt, um mithilfe einer dünnen Halbleiterschicht und eines Magnetfelds die Polarisationsrichtung von Lichtstrahlen exakt zu kontrollieren.

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 http://www.ifp.tuwien.ac.at. Es stellt also optische Logikschaltungen in Aussicht.

Licht-Logik

In Transistoren steuert ein zusätzliches Eingangssignal den Stromfluss. Damit bilden sie die Grundlage für logische und somit die moderne Informationstechnologie. Dieses Prinzip konnte das Team an TU Wien und Universität Würzburg für Licht umlegen. 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. Ist ein Licht so polarisiert, dass er durchkommt, entspricht das dann einem Stromfluss in einem elektronischen Transistor. Ist der Lichtstrahl dagegen falsch gedreht, kommt das praktisch dem Off-Zustand ohne Stromfluss gleich.

Material-Schlüssel

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 in der Fachzeitschrift Physical Review Letters berichten, 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.



[asisa, 01.04.2011]


 


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