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News: Irrlicht

Vielleicht rechnen künftige Computer mit Lichtteilchen anstelle von Elektronen. Letztere abbremsen und für eine gewisse Zeit einsperren zu können, ist da schon einmal ein guter Anfang.
Vor etwa drei Jahren berichteten Physiker über erstaunliche Experimente: Lene Hau von der Harvard University und ihr Team sowie unabhängig davon Ron Walsworth vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics und seine Kollegen war es gelungen, einen Lichtstrahl einzufrieren. Allerdings war das System in beiden Fällen etwas unhandlich: Denn eine tiefgekühlte Wolke aus Atomen war dazu nötig, die Schwingungen des elektromagnetischen Feldes auf die Bewegung der Elektronen der Gasatome zu übertragen.

"Niemand hat geglaubt, dass das auch im Festkörper funktioniert", erinnert sich Shanhui Fan von der Stanford University im kalifornischen Palo Alto. Geht es indes nach dem Willen von Fan und seinem Kollegen Mehmet Fatih Yanik, dann ist genau das in Zukunft mit vergleichsweise wenig Aufwand möglich. Ein einfacher Halbleiterchip mit einer bestimmten Struktur könnte ausreichen, meinen die Forscher. Wie sie darauf kommen? Nun, Yanik und Fan haben einen Supercomputer rechnen lassen und dabei herausgefunden, dass bestimmte Halbleiterstrukturen sehr wohl dazu in der Lage sind, Licht abzubremsen und für kurze Zeit zu speichern.

Auf den Halbleiter wären dazu mit gängigen Herstellungsmethoden Säulen zu setzen – eine ganze lange Kette aus 120 Exemplaren hatten die Forscher modelliert. Wie sich zeigte, lässt sich allein dadurch ein Lichtpuls bereits auf ein Hundertstel seiner ursprünglichen (Gruppen-)Geschwindigkeit abbremsen. Aber noch mehr ist möglich: Werden die Eigenschaften der Säulen in geeigneter Weise verändert, dann geht das elektromagnetische Feld des Pulses auf benachbarte Säulen links und rechts der ursprünglichen Reihe über. Dort ist das Feld in seiner Bewegung noch stärker eingeschränkt und wird so endgültig festgesetzt. Zumindest in der Computersimulation scheint das zu funktionieren.

Wird die mittlere Säulenreihe "transparent" für den Puls geschaltet, dann geht das Signal wieder auf diese über, und das Licht ist befreit. Allerdings, so müssen die Physiker eingestehen, lässt sich das Licht nicht beliebig lange speichern, da seine Energie peu à peu vom Halbleiter absorbiert wird. Aber schon allein die Speicherdauer bestimmen zu können, wäre für künftige Anwendungen interessant.

Jetzt gilt es "nur" noch, die Idee in ein reales Experiment umzusetzen. Die Forscher wollen es zunächst mit Mikrowellen versuchen, da hier die Strukturen größer sein können und sich somit leichter herstellen lassen. Sollte es funktionieren, so ließe sich vermutlich auch die Frequenz des Lichtpulses in der Gefangenschaft verändern. "Für einen kurzen Moment hat man das Photon völlig im System. Man kann das Spektrum dort fast nach Gutdünken verändern." Warten wir ab, ob tatsächlich alles so glatt geht.

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  • Quellen
Physical Review Letters 92: 083901 (2004), Abstract

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