Neuartiger Miniaturlaser für optische Computer

Kleinster Laser der Welt ist nur wenige Nanometer groß

Knapp 50 Jahre nach der Entwicklung des Lasers haben Wissenschaftler in den USA einen Minilaser entwickelt, der nur einige Nanometer groß ist. Damit soll es möglich sein, optische Computer zu bauen, die viel schneller sind als die heutigen.

Artikel veröffentlicht am 17. August 2009, 16:34 Uhr, Werner Pluta

Wissenschaftler mehrerer US-Universitäten haben einen neuartigen Laser entwickelt, von dem sie sich Fortschritte beim Bau von optischen Computern versprechen. Der sogenannte Spaser ist mit 44 Nanometer (44 Millionstel Millimeter) Größe der kleinste Laser der Welt.

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Schematische Darstellung des Spasers (Bild: Purdue Universität)

Das Gerät ist allerdings kein herkömmlicher Laser. Denn er verstärkt keine Photonen, sondern Oberflächenplasmonen (englisch: Surface Plasmons) - daher der Name, der für Surface Plasmon Amplification By Stimulated Emission Of Radiation steht. Im Inneren des Spasers befindet sich ein Goldpartikel, der von einer Schicht aus Natriumsilikat umgeben ist. Darum ist eine Hülle aus Siliziumoxid, in der grüne Farbe eingelagert ist.

Grünes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 531 Nanometern

Mit Hilfe von Licht werden die Farbmoleküle angeregt und übertragen Energie an umgebende Elektronen, die ihrerseits zu schwingen beginnen. Die daraus resultierenden elektromagnetischen Wellen erzeugen ein sichtbares grünes Laserlicht mit einer Wellenlänge von 531 Nanometern.

Mit ihrer Entwicklung, so die Wissenschaftler, hätten sie gezeigt, dass Nanolaser möglich sind. Diese seien entscheidende Komponenten, damit Nanophotonik zu einer brauchbaren Technik werde, erklärte Vladimir Shalaev von der Purdue Universität in West Lafayette im US-Bundesstaat Indiana. Außerdem waren Forscher von der Norfolk State Universität in Norfolk im US-Bundesstaat Virginia und der Cornell Universität in Ithaca im US-Bundesstaat New York beteiligt, wo die Kügelchen hergestellt wurden. Im Jahr 2003 hatten der israelische Physiker David Bergman und sein amerikanischer Kollege Mark Stockman erstmals das theoretische Konzept für ein solches Gerät beschrieben.

Schneller und kleiner

Vorteil des Spasers ist, dass er etwa 1.000-mal schneller ist als die schnellsten heutigen Transistoren, dabei aber nur wenige Nanometer groß ist. Er könnte ein wichtiger Bestandteil für nanophotonische Schaltkreise werden, so Shalaev. Diese bedürfen eines Lasers. Bisher war es jedoch nicht möglich, Laser herzustellen, die klein genug sind, um sie in Chips zu integrieren. Die Spaser können in einer Reihe von Geräten eingesetzt werden. Damit ließen sich etwa Mikroskope mit einer zehnmal höheren Auflösung als die heutigen konstruieren. Sie können in Computern und anderen elektronischen Geräten und sogar in Solarzellen eingesetzt werden.

Die Forscher haben ihre Arbeit in der Onlineausgsabe des britischen Fachmagazins Nature vorgestellt.