Quantenlicht aus Diamant und Plastik
Einem Team aus Forschern der Berliner Humboldt-Universit?t und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, mit einem sehr einfachen Verfahren stabile Quellen für einzelne Lichtquanten herzustellen. Bei der in dieser Woche in der Open Access Fachzeitschrift Scientific Reports der Nature Publishing Group ver?ffentlichten Arbeit w?hlten die Forscher einen ungew?hnlichen Hybridansatz durch Kombination von zwei ganz verschiedenen Materialien.
Zum einen waren dies kleinste Diamantsplitter. Diamant enth?lt neben Kohlenstoff auch andere Atome als natürliche Verunreinigungen. Diese Fremdatome sind als so genannte Farbzentren für die gelbliche oder bl?uliche F?rbung natürlicher Diamanten verantwortlich. Wegen ihrer geringen Gr??e von nur einigen wenigen Millionstel Millimetern enthielten die Diamantsplitter bisweilen nur jeweils ein einzelnes Farbzentrum, das dann gezielt mit Hilfe von Laserlicht angeregt werden konnte. Das Farbzentrum gibt die Anregungsenergie dann durch Emission von einzelnen Lichtquanten, oder Photonen, wieder ab.
(a) Prinzip der Herstellung von scheibenf?rmigen optischen
Resonatoren und gebogenen Wellenleitern durch lokale
Polymerisierung eines Photolacks durch einen fokussierten Laserstrahl.
(b) Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer Teststruktur.
L?nge des Skalenbalkens = 5 μm.
Abbildungen: Oliver Benson
Die Forscher vermischten nun die Diamantsplitter mit einem speziellen Photolack. Durch Bestrahlung der Lackschicht mit einem fokussierten Laserstrahl konnte der Lack lokal polymerisiert, d.h. in Plastik umgewandelt, werden. Auf diese Weise k?nnen nahezu beliebige dreidimensionale Strukturen geschrieben werden, die dann einzelne Diamamtsplitter mit einzelnen Farbzentren als Quantenlichtquellen enthalten. Das Team konzentrierte sich zun?chst auf optische Wellenleiter und Resonatoren, mit denen dann die von den Farbzentren abgegebenen Photonen mit hoher Effizienz eingesammelt und weitergeleitet wurden.
Ein gro?er Vorteil des neuen hybriden Materialsystems ist zum einen die gut etablierte und sehr preiswerte Herstellungsmethode und zum anderen die unbegrenzte Stabilit?t der Photonenemission auch bei Zimmertemperatur. Die Forscher arbeiten nun daran, die neuen Strukturen mit anderen optischen Instrumenten zu kombinieren. Auf diese Weise lie?en sich zahlreiche Anwendungen im Bereich der hochaufl?senden Mikroskopie, der optischen Sensorik oder auch der Quanteninformationsverarbeitung verl?sslich und kostengünstig realisieren.
Pressematerial
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Prof. Dr. Oliver Benson
Institut für Physik
Humboldt-Universit?t zu Berlin
oliver.benson@physik.hu-berlin.de