Gestatten: Spaser - wissenschaft.de
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Gestatten: Spaser

Ein US-amerikanisches Physikerteam hat den bisher kleinsten Laser der Welt gebaut: Das Bauteil besteht aus einem von Quarz umhüllten Goldnanoteilchen und hat einen Durchmesser von lediglich 44 Nanometern. Damit ist der Minilaser kleiner als die Wellenlänge des Lichts und könnte einmal für den Bau von extrem hochauflösenden Mikroskopen oder in winzigsten elektronischen Schaltkreisen eingesetzt werden.

Bei dem Bauteil handelt es sich um eine Spezialform des Lasers, nämlich den ersten jemals verwirklichten sogenannten Spaser. Während im Laser Lichtwellen in einem Medium durch gezielte Energiezufuhr verstärkt, in eine Art Gleichschritt gebracht und ausgesandt werden, wird beim Spaser die Schwingung von Elektronen an der Oberfläche eines Metalls angeregt. Diese Schwingungen werden auch Plasmonen genannt und können wiederum selbst Lichtwellen produzieren und aussenden.

Zum Schwingen gebracht werden bei dem von den Forschern um Mikhail Noginov von der Norfolk State University entwickelten Bauteil die frei beweglichen Elektronen an der Oberfläche eines winzigen Goldpartikelchens. Dieses Teilchen ist in eine Schale aus Quarz eingebettet, die einen Farbstoff enthält. Fällt nun Licht auf diesen Farbstoff, so aktiviert dieser die Elektronen in dem Goldpartikelchen, die daraufhin in eine Schwingung geraten und ihrerseits wiederum Licht aussenden. So senden die von den Wissenschaftlern hergestellten Nanopartikel trotz ihrer geringen Größe, die weit unter der Wellenlänge des Lichts liegt, Licht in verschiedene Richtungen aus. Ob dieses allerdings so exakt im Gleichschritt marschieren kann wie bei einem Laser, können die Forscher bisher noch nicht sagen.

Dennoch erhoffen sich die Wissenschaftler von den leuchtenden Nanopartikeln eine Fülle von Anwendungen. So könnten Spaser als winzige Schalter in Nanoschaltkreisen eingesetzt werden, als kleinste Lichtquellen in Mikroskopen dienen oder bei der Herstellung extrem feiner Oberflächenstrukturen helfen. Die Forscher arbeiten nun an einem Verfahren, bei dem die Elektronen statt durch Licht und einen Farbstoff direkt durch elektrische Energie angeregt werden könnten. Dieses Verfahren wird ähnlich auch beim Laser angewandt und könnte den Einsatz der Nanobauteile weiter vereinfachen.

Nature, Onlinedienst, doi: 10.1038/news.2009.823 ddp/wissenschaft.de ? Ulrich Dewald
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