21/09/2015 - Licht auf der Nanoskala bremsen

Menéame

Die Lichtgeschwindigkeit, wenn Sie in der Leere reisen, ist immer dieselbe, etwas weniger als 300 Millionen Meter pro Sekunde. Wenn Sie jedoch die Umgebung wechseln, kann Ihre Geschwindigkeit variieren. Im CIC nanoGUNE Sie haben untersucht, wie sich das Licht in einer sehr speziellen Art von Materialien ausbreitet, die als hyperbielle Materialien bekannt sind - insbesondere in dünnen Schichten Bornitrid - und entdeckt, dass das Licht langsamer und "gegenstromreicher" reist.

Die Arbeiten, die in Zusammenarbeit mit Forschern von ICFO (Barcelona) durchgeführt und vom EU-Projekt Graphene Fragship finanziert wurden, wurden diese Woche in der ZeitschriftNature Photonics.

Die hyperbischen Materialien sind sehr spezielle Feststoffe, die sich wie ein Metall in einer Richtung verhalten, so dass der Strom, aber wie eine Isolierung in der senkrechten Richtung. Bislang wurden diese Materialien zur Herstellung komplexer Nanostrukturen verwendet, die die Projektion von Bildern in sehr niedrigen Wellenlängen ermöglichen und das Licht auf Nanoebene steuern. Um jedoch das volle Potenzial dieser neuen Art von Materialien zu erhalten, muss man studieren und verstehen, wie sich das Licht in ihm verhält.

"Die Schwierigkeit der durchgeführten Experimente besteht in der extrem kurzen Wellenlänge des Lichts, wenn es in einem hyperbolischen Material ist," erklärt der Forscher Ikerbasque Rainer Hillenbrand, Leiter der Nanooptik-Gruppe von NanoGUNE. "Wenn das Licht in dieser Art von Material ist - in unserem Fall der Bornitrid -, dann reist es als etwas, das als Polariton bekannt ist, wo das Licht an die Schwingungen des Materials angebunden wird."

Diese Polaritone verhalten sich wie ein Schwert mit doppelter Schärfe. Auf der einen Seite komprimieren sie das Licht in sehr kleinen Bänden. Dies ist nützlich für eine breite Palette von Anwendungen, die die Handhabung des Lichts in sehr kleinen Räumen erfordern, wie die Erkennung und Identifizierung einzelner Moleküle. Andererseits erfordert diese riesige Einschließung die Entwicklung spezieller Techniken, um ihr Verhalten zu beobachten.

Raum und Zeit

Edward Yoxall, der die Experimente in NanoGUNE zusammen mit Martin Schnell durchgeführt hat, vertieft: "Da die Wellenlänge eines Polaritons so klein ist, können wir nicht "konventionelle" optische Geräte wie Linsen und Kameras verwenden, um Bilder zu erhalten. Wir müssen ein spezielles Mikroskop verwenden, das in der Lage ist, die Details 1000 mal kleiner als ein Standard-Infrarotmikroskop zu sehen." Dieses Mikroskop zeigt "Objekte" von nur 10 Nanometern.

"Aber es ist nicht nur die Raumauflösung, die die Verfolgung von Polaritonen zu einer komplizierten Arbeit macht," so Yoxall weiter. "Wenn wir beobachten wollen, wie sich ein Polariton bewegt, müssen wir ihn im Raum und in der Zeit sehen. Dies kann durch sehr kurze Licht- oder Pulsblitze mit einer Dauer von nur 100 Femto-Sekunden (weniger als eine Millionstel einer Sekunde) geschehen." Durch die Verwendung dieser Blitze in Kombination mit einem nahe gelegenen Feldmikroskop können die Forscher Polaritone beobachten, die durch verschiedene Stellen entlang des Bornnitrids gehen und so ihre Geschwindigkeit messen.

Unter Verwendung der während des Experiments gesammelten Informationen über Raum und Zeit nahmen die Wissenschaftler den Polaritonweg genau ab und beobachteten einige faszinierende Verhaltensweisen. "Wir haben festgestellt, dass das Licht in diesem Material langsamer ist und dass es außerdem in 'Gegenstrom' reisen kann, d.h. dass Polaritonwellen in die entgegengesetzte Richtung zu ihrem Energiefluss reisen können," betont Hillenbrand.

"Eins der interessantesten Ergebnisse ist zweifellos die Geschwindigkeit, mit der sich das Polariton bewegt," sagt Yoxall. "Es gibt ein großes Interesse an dem Studium des langsamen Lichts, und was wir in dieser Arbeit gezeigt haben, ist eine neue Möglichkeit, es zu bekommen." Langsames Licht in konventionellen Photonenstrukturen verfügt über ein großes Anwendungspotenzial in den Erkennungs- und Kommunikationstechnologien, da die Licht-Materie-Interaktion verbessert wird. Die enorme Einschließung des Lichts, das in diesen hyperbologischen Materialien erreicht wird, könnte dazu beitragen, die Geräte zu Miniaturisieren.

CIC NanoGUNE

Das nanoGUNE Center für kooperative Forschung (CIC) in Donostia-San Sebastian ist ein Forschungszentrum, das mit der Aufgabe gegründet wurde, Exzellenzforschung in der Nanowissenschaft und Nanotechnologie durchzuführen, um die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und das Wirtschaftswachstum des Baskenlandes zu steigern.

www.nanogune.eu

El Colegio Oficial de Ingenieros Industriales de Aragón y La Rioja (COIIAR) acogió en su sede de Zaragoza la conferencia «Soberanía tecnológica y dependencia externa: impacto de la tecnología, la industria, la cadena de suministro y la financiación en el “alistamiento” de la defensa europea», impartida por el vicealmirante del Cuerpo de Ingenieros de la Armada y doctor ingeniero de...

El CDTI Innovación ha difundido una oportunidad de cooperación tecnológica entre España y China para impulsar el desarrollo de maquinaria inteligente destinada a túneles, minería y otros trabajos de construcción subterránea. La iniciativa busca incorporar a una empresa española con capacidades propias de investigación, desarrollo e innovación a un consorcio que plantea diseñar, fabricar y validar sistemas de mayor precisión...

El Ministerio de Transportes y Movilidad Sostenible ha establecido unas nuevas bases comunes para determinados procesos selectivos de los subgrupos A1 y A2, entre ellos los correspondientes al Cuerpo de Ingenieros Aeronáuticos y al Cuerpo de Ingenieros Técnicos Aeronáuticos. La resolución, fechada el 15 de octubre de 2026 y publicada en el Boletín Oficial del Estado el día 28, reorganiza...

El Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos ha constituido un comité técnico para seguir la evolución de las informaciones relativas al accidente ferroviario ocurrido en Urda, en la provincia de Toledo, y contribuir a la identificación de medidas correctoras que refuercen la seguridad y el funcionamiento del sistema. La primera reunión del grupo se celebró el 29 de...

La undécima edición de Egurtek, Foro Internacional de Arquitectura y Construcción en Madera, ha reunido en Bilbao a profesionales de la ingeniería, la arquitectura, la industria forestal y la edificación para analizar las aplicaciones contemporáneas de la madera. La cita, programada los días 28 y 29 de octubre de 2026 en Bilbao Exhibition Centre, cuenta con la colaboración de la...