Ein Puzzle aus Licht

News: Ein Puzzle aus Licht

Nach neueren Forschungen kann Licht Löcher passieren, die bis zu zehnmal enger als die Wellenlänge dieses Lichtes sind. Die Erkenntnis widerspricht der traditionellen Auffassung nach der Licht Löcher nur dann effizient passieren kann, wenn diese mindestens so breit sind wie die Wellenlänge des Lichts - bei kleineren "Löchern" kollidieren die Wellen mit dem Wandmaterial und werden absorbiert. Die neuen Ergebnisse könnten den Weg zu neuartigen optischen Filtern ebnen.

Die Forschungsgruppen des NEC Research Institute in Princeton und der Université Louis Pasteur in Straßburg verfolgten eigentlich ganz andere Ziele, als sie dünne Silberfilme auf Quarz auftrugen und so durchlöcherten, daß Öffnungen entstanden, deren Durchmesser gerade einmal 150 Nanometer betrug. Die Wissenschaftler wollten herausfinden, wie diese kleinen Löcher Licht kürzerer Wellenlänge einfangen oder verändern können. "Nachdem wir sehr viele dieser Löcher angefertigt hatten, überprüften wir lediglich die Durchlassungseigenschaften", sagte Thomas Ebbesen vom NEC Research Institute. Wie erwartet, passierte Licht mit Wellenlängen, die kleiner als der Lochdurchmesser waren, die Öffnungen mit Leichtigkeit – doch gleiches tat auch das Licht mit Wellenlängen, die viel größer waren, wie zum Beispiel ungefähr 1500 Nanometer (Nature, Ausgabe vom 12. Februar 1998).

Eine Reihe weiterer Experimente wies auf eine Erklärung hin. Offensichtlich gleitet das Licht auf einer "elektromagnetischen Fähre" durch die Löcher: auf schwingenden Magnetfeldern im Silberfilm, genannt Oberflächenplasmonen. Ein Hinweis war die Entdeckung der Gruppe, daß Licht ähnliche Löcher nicht passierte, wenn es sich um nicht-leitende Stoffe handelte. In Metallen sind die Elektronen indes beweglich, so daß Licht, das in der Nähe eines Loches auf die Oberfläche fällt, die Elektronen zum Schwingen bringt. Dieser "Elektronentanz" bildet wiederum Plasmonen, die durch das Loch wandern und das Licht auf der anderen Seite des Films irgendwie wiederherstellen.

Der Effekt ist jedoch nur bei bestimmten Wellenlängen zu beobachten, je nach Größe und Abstand der Löcher. Deshalb könnten die kleinen Siebe als Lichtfilter eingesetzt werden, sagt Ebbesen. Roy Sambles von der University of Exeter in Großbritannien, der von der Entdeckung so beeindruckt war, daß er selbst weiter in diese Richtung forschen will, fügt hinzu, daß es möglich sein müßte, einen einstellbaren Filter herzustellen, indem man dem Metallfilm eine Schicht Flüssigkristalle hinzufügt. Wenn die flüssigen Kristalle gezwungen sind, sich unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes in einer Reihe anzuordnen, so müßten dadurch die Plasmonen und somit auch die Wellenlängen beeinflußbar sein. Diese Wirkung könnte für Kommunikations-Technologien und lichtbetriebene Computer nutzbar gemacht werden. "Die Spannung kontrollierbar zu machen, wäre ziemlich aufregend", sagt Sambles.