Nanodrähte leiten Licht und Hyperschall zugleich

  • quelle: wissenschaft-aktuell.de


    Entdeckung könnte zu einer besseren Kontrolle einer extrem schnellen optischen Datenverabeitung führen


    In Glasfasern und entlang von noch viel dünneren Nanodrähten können Lichtsignale fast mit Lichtgeschwindigkeit geleitet werden. Nun gelang es einer belgischen Forschergruppe erstmals, zusätzlich auch hochfrequente Ultraschallwellen, Hyperschall genannt, durch einen winzigen Nanodraht zu schicken. Dabei analysierte sie, wie sich Licht und Hyperschall gegenseitig beeinflussten. Wie das Team in der Fachzeitschrift „Nature Photonics“ berichtet, könnte diese Entdeckung zu neuen Modulen für die extrem schnelle optische Datenverarbeitung führen. Von diesem Bereich der Photonik versprechen sich viele Forscher zahlreiche Anwendungen, die eine leistungsfähigere Datenverarbeitung als mit der etablierten Elektronik erlauben sollen.


    „Zum Beispiel könnten nun Lichtpulse in Schallwellen und wieder zurück in Lichtpulse umgewandelt werden“, sagt Raphaël Van Laer von der Universität in Gent. Verantwortlich dafür ist ein Effekt, der bereits vor 85 Jahren erstmals beobachtet wurde: Bei der nach dem französischen Physiker benannten Brillouin-Streuung können Lichtwellen durch akustische Schwingungen in einem Festkörper gestreut werden. Dieses Wissen nutzten nun Van Laer und Kollegen für ihre aktuellen Experimente. Sie fertigten mit lithografischen Methoden einen nur 450 millionstel Millimeter dünnen und wenige Millimeter langen Nanodraht aus Silizium. Dieser diente sowohl dem Hyperschall – eine Bezeichnung für Ultraschall mit Frequenzen größer als 1000 Megahertz - als auch dem Licht als effizienter Wellenleiter.


    Die Physiker strahlten Lichtwellen eines Infrarotlasers auf den Nanodraht. Entlang seiner Oberfläche breiteten sich die Lichtwellen aus und regten dabei die Kristallstruktur des Nanodrahts zu akustischen Schwingungen an. Die Schwingungsachse lag dabei entlang des Querschnitts des Nanodrahts und somit um 90 Grad zur Ausbreitungsrichtung des Lichts gedreht. Um diese Hyperschallwellen zu stabilisieren, lagerten sie den Nanodraht auf einer spitz zulaufenden Erhebung. Dadurch konnten die akustischen Schwingungen nicht aus dem Nanodraht entweichen.


    So auf kleinstem Raum eingefangen beeinflussten sich Licht und Hyperschall gegenseitig. Der Schall konnte die Wellenlänge des Lichts verändern und einzelne Spektralbereiche verstärken. Sogar die komplette Umwandlung von Licht zu Schall und wieder zu Licht wird mit solchen Nanodrähten möglich. Darin sehen Van Laer und Kollegen konkrete technische Anwendungen, wenn sie Silizium-Nanodrähte auf kleinen Chips anordnen. Denn da sich Schall sehr viel langsamer als Licht im Nanodraht ausbreitet, könnte ein Signaltransport nach Wunsch verzögert werden. Solche Verzögerungen spielen eine wichtige Rolle, um den Datentransfer über Glasfaser oder photonische Kristalle optimal regeln zu können.

    LG Walter

    Kaum macht mans richtig, schon funktionierts :)

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