Extrem präzise Halbleiter für Licht

Einem Wissenschaftlerteam aus New Jersey ist es gelungen, mit einer neuen Methode photonische Kristalle auf einem Silizium-Wafer herzustellen. Die in der aktuellen Nature veröffentlichten Forschungsergebnisse sind ein entscheidender Schritt im Wettlauf um wirtschaftlich effektives Halbleitermaterial für Licht.

Die Forscher nutzen eine beinahe natürliche Selbstorganisations-Technik, (Vgl. Nano-Lego) um aus Quarz-Partikeln eine Präzisions-Form für photonische Kristalle zu schaffen, die direkt auf einem Silizium-Wafer platziert wird. Wafer sind runde Reinst-Silizium-Scheiben, auf denen Computerchips produziert werden. Es ist dem Team mit dieser Methode gelungen, hoch präzise Kristalle herzustellen, wobei auch Anzahl und Art der strukturellen Defekte limitiert und kontrolliert werden kann.

Photonische Kristalle haben einen Brechungsindex, der räumlich und periodisch auf der Skala der Lichtwellenlänge variiert. Das Licht wird durch diese Struktur vielfach gestreut. Die Folge ist, dass sich das Licht bestimmter Wellenlängen nicht ausbreiten kann, es kommt zur Ausbildung einer photonischen Bandstruktur, die für gewisse Frequenzbereiche vollständige photonische Bandlücken aufweist. Ein ähnliches Verhalten zeigen auch elektronische Wellen in einem Halbleiterkristall.

Die Bandbreite der denkbaren Anwendungen ist groß, das wirtschaftliche Potenzial interessant. Licht ist die große Hoffnung für eine schnellere Informationsübertragung in künftigen Computern. Darüber hinaus eröffnen photonische Kristalle auch der Grundlagenforschung, etwa im Bereich der Quantenoptik, neue Wege. (Andrea Naica-Loebell)

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