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Graphen als Lichtleiter Das kleinste Prisma der Welt ist nur zwei Atomlagen dick

| Autor / Redakteur: Peter Koller / Nico Litzel

Das Material Graphen hört nicht auf die Forscher zu verblüffen. Es ist gelungen, damit optische Elemente zur Fokussierung und Ablenkung von Licht zu bauen, die nur zwei Atomlagen dick sind.

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Künstlerische Darstellung der Lichtbrechung in einem Prisma aus zwei Lagen Graphen
Künstlerische Darstellung der Lichtbrechung in einem Prisma aus zwei Lagen Graphen
(nanoGUNE)

Licht bewegt sich wesentlich schneller als Elektronen, daher könnte eine auf Licht basierende Elektronik und IT – also eine Photonik – einen großen Leistungsschub bringen. Das Problem von Licht ist allerdings, dass es aufgrund seiner Wellenlänge relativ viel Platz braucht und so mit den mittlerweile bei der Silizium-Halbleiterei üblichen Strukturbreiten im niedrigen zweistelligen Nanometerbereich nicht sehr kompatibel ist:

Einem spanischen Forscherteam um den deutschen Professor Rainer Hillenbrand ist es aber nun offenbar gelungen, dieses Problem zu überwinden. Der Schlüssel liegt in Graphen. Das aus nur einer Atomlage Kohlenstoff bestehende Material gilt aufgrund seiner besonderen Eigenschaften als ein möglicher Nachfolger für Silizium in einer Elektronik der Zukunft.

Wie sich zeigt, hat Graphen aber nicht nur in Bezug auf Elektronen besondere Eigenschaften, sondern auch bei Licht. Die Forscher stellten fest, dass die Wellenlänge von infrarotem Licht, während es sich sich in einer Lage Graphen ausbreitet, um den Faktor 10 bis 100 "gestaucht" wird. Daher braucht dieses Licht im Graphen, genannt Graphen Plasmonen, wesentlich weniger Platz.

Fast noch interessanter: Mit einer Antenne, bestehen aus einem winzig kleinen Goldstab auf einer Lage Graphen, konnten die Forscher Licht einer ganz bestimmten Wellenlänge gezielt auffangen und in das Graphen einkoppeln. Durch eine Krümmung der Antenne war eine Fokussierung des Lichts möglich, durch eine zweite Graphenschicht auch eine gezielte Ablenkung, berichten die Forscher in einem Aufsatz für das Magazin Science: Controlling graphene plasmons with resonant metal antennas and spatial conductivity patterns. „Es funktioniert im Prinzip wie bei einem Prisma. Nur, dass unser Prisma nur zwei Atomlagen dick ist", so Rainer Hillenbrand. Er glaubt, dass die Entdeckung den Weg ebnen könnte zu extrem kleinen photonischen Schaltkreisen.

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