Kleinste „Lampe“ der Welt

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Nur einige hundert Nanometer groß ist eine elektrisch betriebene Lichtantenne, mit der in Zukunft Prozessorkerne ihre Daten mit Lichtgeschwindigkeit austauschen könnten. Vergleichbare Mini-Lichtquellen speisten sich bislang durch Licht selbst oder durch sogenannte Quantenpunkte.

Winzige Lichtquellen sind ohne Zweifel gefragt – etwa für Displays von Smartphones oder um auf Chips Daten auszutauschen. Wie sie aussehen könnten, zeigten jetzt Würzburger Physiker. Erstmals erzeugten sie Licht mit einer elektrisch betriebenen Nano-Antenne aus Gold.

Im Wesentlichen funktioniert sie wie ihre Geschwister im Mobilfunk. Durch das Anlegen einer Wechselspannung werden da im Metall Elektronen zum Schwingen angeregt. Die Antennen strahlen so elektromagnetische Wellen ab in einer durch die Gestalt der Antenne genau definierten Form und Wellenlänge.

So einfach sind die Gesetze der Antennentechnik im Nano-Bereich aber leider nicht auf Licht anzuwenden. Zum Erfolg führte letztlich eine Nano-Antenne mit zwei Armen, die jeweils mit einem Kontaktdraht versehen sind und deren Enden sich fast berühren.

Der winzige Raum zwischen den Armen wurde mit einem Nano-Partikel aus Gold präpariert, das den einen Arm berührt und zum anderen Arm einen Spalt von ungefähr einem Nanometer lässt. Gerade schmal genug, dass Elektronen ihn aufgrund des quantenmechanischen Tunneleffekts beim Anlegen einer Spannung überwinden können. Dadurch werden Schwingungen mit optischen Frequenzen erzeugt und die Antenne strahlt elektromagnetische Wellen als sichtbares Licht aus. Die Länge der Antennenarme bestimmt dabei die Farbe des Lichts.

Das Prinzip ist damit zwar bewiesen. Bis zur Anwendungsreife wird aber noch einige Zeit vergehen. Noch verliert die Lichtantenne zu viel Strom in Form von Wärme. Zum anderen funktioniert die goldene Nano-Struktur nur einige Stunden lang.

a-nanoantenne

Im Zentrum der ersten elektrisch betriebenen Lichtantenne der Welt sitzt ein Goldpartikel. (Bild: Physikalisches Institut Würzburg).