Optische Chips – leistungsfähigere Datenspeicher aus der Nano-Optik

Ungewöhnliche Licht-Metall-Wechselwirkung für leistungsfähigere Datenspeicher

Grazer Physiker haben mit der Beschreibung der ungewöhnlichen Wechselwirkung von Licht mit submikroskopisch kleinen Metallteilchen wichtige Grundlagen für die Entwicklung leistungsfähigerer Datenspeicher und optischer Sensoren geleistet.

Nano-Optik, die auf der Nutzung von Licht basiert, gewinnt insofern an Bedeutung, da Computer-Chips immer kleiner werden bzw. die Speicherkapazität von CDs und DVDs ständig wächst. Zur Datenverarbeitung in immer kleineren Dimensionen müssen neue Technologien entwickelt werden.

„Licht mit Hilfe von Linsen, Spiegeln oder Prismen zu lenken ist in der Nanowelt, also im Bereich von Millionstel Millimetern, aus physikalischen Gründen nicht mehr möglich“, erklärt der Vorstand des Instituts für Experimentalphysik an der Karl-Franzens Universität Graz Franz Aussenegg. Aber in diesem Bereich könne das Licht, genauer gesagt das lichtelektrische Feld, durch feste Materie geführt werden. „Im Prinzip so, wie die Frequenzsignale von Radio und TV über Antennen und Kabel gelenkt und geleitet werden“, ergänzt Aussenegg. Der Grund dafür ist, dass Licht mit Nano-Metallpartikeln in eine ungewöhnliche Wechselwirkung tritt.

Das Licht wird dabei nicht mehr reflektiert, sondern regt oberflächennahe Elektronen des Metalls zur Schwingung an. Für kurze Zeit wird das Licht als elektrisches Feld in der metallischen Struktur „eingefangen“. Dauert dieser Zustand lange genug, kann diese lichtelektrische Schwingung am Metall quasi wie durch einen nanoskopischen Lichtdraht weitergeleitet werden. Dies ist eine wichtige Voraussetzung für die Zukunft der Nano-Optik.

Zwei Jahre lang wurde in dem vom Wissenschaftsfonds (FWF) geförderten Projekt untersucht, welchen Einfluss die exakten Dimensionen von Gold- oder Silbergittern auf die Schwingungsdauer der oberflächennahen Elektronen haben. Die Grazer Physiker haben eindeutig bestätigt, dass bei einem bestimmten Verhältnis von Abstand und Größe der Metallpartikel zur Wellenlänge des Lichts die Lebensdauer der Schwingung vervierfacht werden kann. Die Erkenntnisse bieten nun die Grundlage für die Anwendung von Licht als Alternative zur Elektrotechnologie in der Nachrichtentechnik, Informationsverarbeitung und Datenspeicherung.