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Lichtleiter aus Metallteilchen durchbrechen die Beugungsgrenze

Astronomie|Physik Technik|Digitales

Lichtleiter aus Metallteilchen durchbrechen die Beugungsgrenze
Wissenschaftler vom California Institute of Technology in Pasadena haben einen neuartigen Lichtleiter hergestellt, der nur wenige hunderttausendstel Millimeter dick ist und Licht auf Bereiche unterhalb der Beugungsgrenze konzentrieren kann. Der Leiter besteht aus einer Kette aus winzig kleinen Metallteilchen, die wie Antennen durch Licht zu Schwingungen angeregt werden können. Benachbarte Teilchen können so Energie austauschen und diese damit durch die Kette wandern lassen. Das berichten die Physiker im Fachmagazin Nature Materials (Vorabdruck vom 3. März 2003).

Die in der Forschergruppe um Harry Atwater hergestellten Lichtleiter bestehen aus winzig kleinen Silberstäbchen, die Ausmaße von nur wenigen Zehnteln Nanometern (Millionstel Millimeter) aufweisen und in einem Abstand von 50 Nanometern voneinander in einer Kette angeordnet sind. Ein einzelnes Teilchen dieser Kette kann durch Licht zu elektromagnetischen Schwingungen ? so genannten Plasmonen – angeregt werden, die sich durch die Kette fortpflanzen. Die optischen Eigenschaften dieser unter dem Namen Plasmon-Wellenleiter ( Plasmon Waveguide) bekannten Lichtleiter lassen sich dabei durch die Form der Metallteilchen und deren Abstand genau steuern.

Derartige Plasmon-Wellenleiter werden schon seit mehreren Jahren von verschiedenen Forschergruppen sowohl mit theoretischen Methoden als auch in Experimenten erforscht. Da es jedoch aufgrund des extrem kleinen Durchmessers der Plasmon-Wellenleiter sehr schwierig ist, diese lokal mit Licht anzuregen, konnte die Lichtleitung bisher noch nicht direkt nachgewiesen werden.

Um dem Abhilfe zu schaffen, ließen die kalifornischen Forscher Laserlicht durch eine extrem feine Metallspitze mit einer Öffnung von nur 100 Nanometern scheinen. Dadurch wurden einzelne Teilchen des Plasmon-Wellenleiters direkt angeregt. Um nun zu zeigen, dass sich das Licht vom Ort der Anregung tatsächlich entlang der Kette ausbreitet, benutzten die Forscher eine kleine Plastikkugel, die mit fluoreszierenden Molekülen gefüllt war und entlang des Wellenleiters positioniert wurde. Tatsächlich leuchtete die Kugel hell auf, selbst wenn der Wellenleiter einen halben Mikrometer von der Kugel entfernt angeregt wurde.

Der Durchmesser eines herkömmlichen Wellenleiters wie etwa eines Glasfaserkabels kann prinzipiell nicht kleiner als etwa die halbe Wellenlänge des verwendeten Lichts sein ? in der Fachwelt spricht man von der Beugungsgrenze, die für alle Arten von optischen Geräten gilt, bei denen sich Licht in Form von Strahlen ausbreitet. Forscher versuchen daher schon seit langem, andere Methoden zur Leitung von Licht auszuarbeiten. Ziel ist dabei die Herstellung von hochintegrierten optischen Chips, deren Leiterbahnen mit denen von elektronischen Computerchips vergleichbar sind.

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