Nano-Optik mit Risiko

Mit einem Spot das Gesicht eines Schauspielers auf einer ansonsten dunklen Bühne beleuchten: Das ist leicht. Einen extrem dünnen Lichtfinger auf ein Objekt unterm Mikroskop richten:

Das ist schon schwieriger, aber machbar. Licht so stark konzentrieren, dass es nur noch die Abmessungen eines einzelnen Atoms hat: Das geht noch nicht – aber es könnte funktionieren, wie Physiker von der Universität Würzburg 2012 mit einem Experiment gezeigt haben.

Welche technischen Anwendungen wären mit derart konzentriertem Licht wohl möglich? Das will Physik-Professor Bert Hecht jetzt ergründen. Der Würzburger Wissenschaftler bekommt für dieses neue Projekt der Nano-Optik 1,5 Millionen Euro. Das Geld stammt aus dem Reinhart-Koselleck-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Diese spezielle Form der Förderung kommt laut DFG für herausragende Forscher in Frage, die besonders innovative, gleichzeitig aber risikobehaftete Projekte planen. „Risikobehaftet“ bedeutet in diesem Fall: Die Materie ist so neu, dass der Ausgang des Projekts nicht absehbar ist.

„Dinge tun, die bisher nicht möglich waren“

Professor Hecht ist aber zuversichtlich: „Mit extrem konzentriertem Licht könnten wir in neue physikalische Dimensionen vorstoßen und Dinge tun, die bisher nicht möglich waren“, sagt er. So lasse sich zum Beispiel schon bei Raumtemperatur und normalen Umgebungsbedingungen eine starke Kopplung von Photonen (Lichtteilchen) und Emittern, zum Beispiel Quantenpunkten, erreichen.

Bei der starken Kopplung verschmelzen die Quantenzustände der beiden Partner zu einem völlig neuen Zustand. Den wollen die Würzburger Physiker herstellen und dann genau analysieren.

Super-Mikroskopie und Quantencomputing

Welche Perspektiven das bietet? „Man könnte optische Transistoren bauen, die sich mit einzelnen Photonen schalten lassen“, so Hecht. Das würde der Realisierung extrem schneller und leistungsfähiger Quantencomputer neuen Schub geben.

Für die Biologie und Medizin wäre zudem eine neue Art von Mikroskopie realisierbar, die Moleküle in einer Zelle oder auf einem DNA-Strang mit fast atomarer Präzision sichtbar macht. „Wir hätten dann eine Super-Mikroskopie, die noch zehn Mal besser ist als die neuesten Methoden, für die es in diesem Jahr den Chemie-Nobelpreis gab“, so der Professor.

Ob das Geld der DFG gut in sein Projekt investiert ist, wird sich spätestens in ein bis zwei Jahren zeigen: Bis dahin will Hecht mit seinem Team einen ersten Prototyp des Mikroskops aufgebaut haben. Das Projekt ist auf insgesamt fünf Jahre angelegt.

„Atomic-scale confinement of resonant optical fields”, J. Kern, S. Grossmann, N.V. Tarakina, T. Häckel, M. Emmerling, M. Kamp, J.-S. Huang, P. Biagioni, J.C. Prangsma & B. Hecht, Nano Letters, 12, 5504 (2012), arXiv:1112.5008, DOI: 10.1021/nl302315g

Kontakt

Prof. Dr. Bert Hecht, Physikalisches Institut, Universität Würzburg, T (0931) 31-85863,
hecht@physik.uni-wuerzburg.de