Quantenpunkt bringt Licht in photonische Kristalle

Foto: EM-Aufnahme eines photonischen Kristalls

"Elektrische Leiterbahnen können nicht beliebig dicht gepackt werden" erläutert Frank Cichos, Juniorprofessor für Photonik und optische Materialien an der Technischen Universität Chemnitz. Aus diesem Grund wird nach neuen künstlichen Nanomaterialien geforscht, in denen die Informationen mit Hilfe von Licht übertragen wird.

Dem Chemnitzer Forscherteam ist es nun erstmals gelungen einen Blick in die Halbleiter für Licht - die photonischen Kristalle - zu werfen. Die physikalischen Eigenschaften dieser Kristalle erlauben Licht auf kleinstem Raum einzufangen und zu transportieren. Mit ihnen kann man aber auch die Lichtabstrahlung von fluoreszierenden Stoffen manipulieren. "Das Interessante daran ist, dass der photonische Kristall das Aussenden von Licht einer bestimmten Farbe durch fluoreszierende Partikel nur in bestimmte Richtungen erlaubt oder sogar komplett verhindert", erklärt Michael Barth.

Den Physikern Michael Barth, Roman Schuster, Achim Gruber und Frank Cichos ist es nun in komplexe dreidimensionale photonische Kristalle hineinzublicken. Die Forscher betteten dazu einzelne, wenige Nanometer kleine Partikel aus dem Halbleitermaterial Cadmiumselenid - so genannte Quantenpunkte - in einen photonischen Kristall aus Polymerkügelchen ein. Diese Quantenpunkte senden Licht aus und dienen so als winzige Scheinwerfer.

Allerdings entscheidet der photonische Kristall in der direkten Umgebung der Quantenpunkte, in welche Richtungen dieses Licht ausgesandt wird. Um dieser Richtungsabhängigkeit auf die Spur zu kommen, benutzten die Forscher unscharfe Mikroskopieabbildungen. In diesen Bildern einzelner Quantenpunkte sind dabei alle wesentlichen Informationen über die Richtung der Lichtausbreitung im Kristall versteckt.

"Damit ist es nicht nur erstmals möglich, einen Blick in die lokalen optischen Eigenschaften eines dreidimensionalen photonischen Kristalls zu werfen. Durch die Verwendung von einzelnen Quantenpunkten als Lichtquellen in diesen Materialien ergeben sich auch ganz neue Möglichkeiten für die Quanteninformationsverarbeitung", so Frank Cichos.

COMPAMED.de; Quelle: Technische Universität Chemnitz