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News: Vom Photonenfangen

Um Licht einzufangen, ist ein immens kleiner Käfig nötig. Hierbei könnte es sich um ein sorgfältig hergestelltes Material handeln, das aus Segmenten etwa von der Größe der Wellenlänge des Lichtes aufgebaut ist. Obwohl das meiste Licht gestreut wird, wenn es auf Schichten dieses Speichers trifft, werden einige Wellenlängen im Innern gefangen. Nun hat ein Wissenschaftlerteam eine neue Methode entwickelt, dreidimensionale photonische Materialien zu schaffen - ein enormer Schritt auf dem Weg zu Miniaturlasern und Computerchips, die mit Photonen rechnen können.
Es ist nicht einfach, Materialien herzustellen, die aus sich wiederholenden Strukturen von der Größe einer Wellenlänge – etwa einen halben Mikrometer – bestehen. Bisher fertigten Forscher photonische Stoffe dadurch, dass sie Schichten von extrem fein geätzten Silizium aufeinander lagerten. Das neue Verfahren arbeitet nach einem ganz anderen Prinzip: Die Forscher schaffen flache Strukturen mit Unterteilungen im Wellenlängenbereich, indem sie spezielle Kunstharze durch Laserstrahlen härten. Bislang waren derartige Gebilde allerdings zu dünn, als dass sie Licht einfangen konnten. Nun fanden Wissenschaftler einen Weg, die Photolacke so aufzuschichten, dass sie dick genug wurden, um als photonisches Material zu dienen (Nature vom 2. März 2000).

Das Team unter der Leitung von Andrew Tuberfield und Bob Denning von der University of Oxford, Großbritannien, begannen damit, Filme aus Photolacken zu fertigen, die so dick waren, dass man eine 3D-Matrize herausschnitzen konnte. Sie mischten die Materialien mit lichtempfindlichen Molekülen, die eine Querernetzung der Harzmoleküle katalysiert. Das Team richtet vier Laserstrahlen auf den Film, die miteinander interferierten, wodurch Muster aus abwechselndem Licht und Dunkel entstanden. Die hellen Flecken enthielten genug Photonen, um die lichtempfindlichen Moleküle dazu zu bringen, sich zu verbinden und somit das Material zu erhärten. Anschließend lösten die Forscher die nicht ausreichend belichteten Stellen heraus und füllten Titandioxid in die entstandenen Lücken. Durch Verbrennen der restlichen Harzstruktur entstand eine Wabenstruktur aus Zellen mit einem halben Mikrometer Weite.

"Das ist Pionierarbeit", sagt Materialforscher Ray Baugham von Honeywell International in Morristown. Aber die Aufgabe, die photonischen Strukturen so dick zu machen, dass sie in Mikrochips und Miniaturlasern eingesetzt werden können, ist noch nicht gelöst, meint der Wissenschaftler.

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