Neue Licht-Materie-Interaktion Unerwartete Entdeckung ermöglicht neue Komponenten

Der Aufbau der Light-Box aus Wolframdisulfid-Schichten.
Der Aufbau der Light-Box aus Wolframdisulfid-Schichten.

Eine ganz neue Methode, um Licht und Materie miteinander wechselwirken zu lassen, haben Forscher der Chalmers University of Technology in Schweden entdeckt.

Wer Photonik hört, verbindet damit Komponenten wie Lichtwellenleiter, LEDs, die Licht emittieren oder Photodetektoren, die Licht aufnehmen. Wenn die Komponenten aber so klein gemacht werden, dass sie nur noch Nanometer messen tauchen neue Möglichkeiten auf.

Auf der Nanometer-Skala laufen die Vorgänge in der »Light-Box« ab, die die Forscher von der Chalmers University of Technology in Schweden gebaut haben. Sie enthält übereinandergestapelte Schichten aus Wolframdisulfid (WS2). Die Vorgänge zwischen den Schichten laufen so schnell ab, dass es nicht mehr möglich ist, zwischen Licht und Materie zu unterscheiden, wie es die Forscher formulieren.

»Wir haben einen Hybrid gebaut, der zu gleichen Teilen aus Licht und Materie besteht«, sagt Ruggero Verre, ein Wissenschaftler im Department of Physics der Chalmers Univeristy, Mitautor der Veröffentlichung in Nature Nanotechnology.

Dazu kombinierten Verre und seine Kollegen Timur Shegai, Denis Baranov, Battulga Munkhbat und Mikael Käll zwei unterschiedliche Konzepte neu. Mikael Källs Team arbeitet an Nanoantennen, die Licht aufnehmen und sehr effizient verstärken können.   Das Team von Timur Shegai erforscht atomlagendünne zweidimensionale Materialien, sogenannte Monolayer Transition Metal Dichalcogenides, kurz TMDCs genannt. Das Licht oszilliert gewissermaßen zwischen Materie und Wellen, während es in der Box aufgenommen und verstärkt wird. »Wir haben gezeigt, dass sich die atomschichtdünnen Materialien zu winzigen Resonatoren strukturieren lassen.«

Diese unerwartete Entdeckung der Grundlagenforschung lässt sich voraussichtlich auch in der angewandten Photonik einsetzen und dazu nutzen, kleinere, effizientere und kostengünstigere Systeme zu bauen.