Neues Verfahren zur Herstellung photonischer Kristalle

Eine der aktuellsten Fragen der Photonik ist die Leitung und Speicherung von Licht in künstlichen Strukturen, sogenannten photonischen Kristallen. Solche Strukturen können die Informationsverarbeitung mit Licht revolutionieren, da sie neue Arten der effektiven Wellenleitung, der Speicherung und der Verarbeitung ermöglichen.

Bisher war es nur mit größten Anstrengungen möglich, dreidimensionale Strukturen herzustellen. Entweder waren dazu hoch komplizierte Herstellungsverfahren notwendig, oder entsprechende Materialien fehlten. Nun haben Wissenschaftler der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) gemeinsam mit Kollegen des „Indian Institute of Technology“ in Neu-Delhi eine einfache und überzeugende Lösung gefunden: Sie lassen Licht selbst die kristallinen Strukturen bilden, in denen das Licht dann effektiv geleitet und gespeichert werden kann. Diese Technik könnte zum Beispiel zur Herstellung hocheffizienter Flachbildschirme eingesetzt werden.

Der Trick des Verfahrens ist: Ein Flüssigkristalldisplay, ähnlich den Displays in Handys, prägt dem Laserstrahl eine spezielle Form auf. Dieses Muster strukturiert dann ein lichtempfindliches, sogenanntes photorefraktives Material. So entsteht künstlich aus einem unstrukturierten Material eine kristalline Struktur. Als besonderen Clou kann die münstersche Gruppe Quasikristalle erzeugen. Diese Kristalle sehen zwar regelmäßig aus, haben aber keine einfache periodische Struktur. Sie können besonders leicht Licht kontrollieren und leiten.

„Photonische Kristalle nur mit Licht zu erzeugen, ist ein eindrucksvolles Beispiel, wie heute die nichtlineare Licht-Material-Wechselwirkung genutzt werden kann“, erläutert Prof. Dr. Cornelia Denz, Direktorin des Instituts für Angewandte Physik und Leiterin des „Center for Nonlinear Science“ der WWU. Die Wissenschaftlerin, die das Forschungsprojekt koordiniert, betont: „Neue dreidimensionale Strukturen, die mit Licht sogar flexibel rekonfigurierbar sind, sind für die Integration photonischer Informationssysteme von großer Bedeutung. Unser Konzept, Licht alleine mit Licht zu kontrollieren, lässt eine rekonfigurierbare Plattform entstehen. Diese nutzen wir, um eine ganze Palette von dreidimensionalen Kristallen und Quasikristallen zu erzeugen.“

Dr. Joby Joseph vom „Indian Institute of Technology“ ergänzt: „Das Potenzial dieser Technik liegt darin, großflächige photonische Masken zu erzeugen. Diese könnten in Zukunft eine Reihe von photonischen Anwendungen ermöglichen, zum Beispiel hocheffiziente Flachbildschirme mit besonderer Emissionsrichtung oder sogenannte Kollimatoren für Solarzellen.“ Sein Mitarbeiter Jolly Xavier brachte in einem Forschungsaufenthalt an der WWU die experimentelle Arbeit gemeinsam mit Martin Boguslawski und Patrick Rose aus dem Team von Cornelia Denz voran. Sein Forschungsaufenthalt wurde durch das „Sandwich-Programm“ des „Deutschen Akademischen Austausch Dienstes“ gefördert, das es indischen Promovenden ermöglicht, gemeinsam mit einem deutschen Team ein Jahr in Deutschland an ihrer Dissertation zu arbeiten.

Literatur:

Xavier J et al. (2010): Reconfigurable Optically Induced Quasicrystallographic Three-Dimensional Complex Nonlinear Photonic Lattice Structures. Advanced Materials 22(3), 356-360; DOI: 10.1002/adma.200901792

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