Optoelektronik Weltpremiere: Nano-Lichtantenne erzeugt sichtbares Licht

Die erste elektrische Lichtantenne der Welt: Zwei kontaktierte Metallarme links und rechts, die von einem ca. 1 nm breiten Spalt getrennt sind. Am linken Arm befindet sich ein Goldnanopartikel.
Die erste elektrische Lichtantenne der Welt: Zwei kontaktierte Metallarme links und rechts, von denen der linke Arm mit einem Goldnanopartikel präpariert wurde. Beide Arme sind durch einen ca. 1 nm breiten Spalt getrennt.

Physiker der Universität Würzburg haben eine 250 nm kleine, elektrisch betriebene Lichtquelle konstruiert. Die Wellenlänge des abgestrahlen Lichts wird von der Gerätegeometrie bestimmt.

Die Nanometer-Lichtquelle besteht aus zwei Metallarmen. Ähnlich wie bei einer makroskopischen Antenne werden im Metall über eine Wechselspannung Elektronenschwingungen angeregt, die zum Aussenden von elektromagnetischer Strahlung führen. Für die konkrete Umsetzung dieses Prinzips auf der Nanometer-Skala haben die Wissenschaftler um Prof. Hecht vom Lehrstuhl für Technische Physik in Würzburg den Tunneleffekt ausgenutzt. Die beiden kontaktierten Metallarme (Bild) sind durch eine kleine, ungefähr 1 nm breite Lücke voneinander getrennt. Bei so kleinen Abständen tunnelt eine signifikante Anzahl an Elektronen durch die Lücke und erzeugen bei diesem Prozess im Nanopartikel Schwingungen im optischen Bereich.

Die abgestrahlte Wellenlänge hängt von der Antennengeometrie, insbesondere der Länge der Antennenarme ab und lässt sich durch den Fertigungsprozess steuern. „Damit haben wir die bislang kompakteste elektrisch betriebene Lichtquelle der Welt gebaut", fasst es Prof. Hecht zusammen.

Der bisherige Prototyp arbeitet noch sehr ineffizient und instabil. Die Lebensdauer liegt bisher bei wenigen Stunden. Von einer Serienfertigung und baldigem kommerziellen Einsatz ist man noch weit entfernt. Die ersten Ergebnisse erscheinen allerdings vielversprechend und wurden im Journal Nature Photonics veröffentlicht.