Neue Nano-Antennen liefern Femtosekunden-Pulse

Einige Pulse des Lasers (links) erzeugen On-Chip-Pulse.

Bild: tum.de

Forscher der Technischen Universität München (TUM) haben mithilfe nur weniger Nanometer großer Metallantennen ultrakurze, elektrische Pulse auf einem Chip erzeugt und diese dann einige Millimeter weiter wieder kontrolliert ausgelesen. Laut den Experten unter der Leitung der TUM-Physiker Alexander Holleitner und Reinhard Kienberger ermöglicht dies die Entwicklung neuer, leistungsstarker Terahertz-Komponenten.

Asymmetrie als Vorteil

Konkret haben die Wissenschaftler mithilfe winziger, sogenannter plasmonischer Antennen elektrische Pulse im Frequenz-Bereich von bis zu zehn Terahertz generiert und über einen Chip laufen lassen. Plasmonisch nennen Forscher die Antennen, wenn diese aufgrund ihrer Form die Lichtintensität an den Metalloberflächen verstärken.

Der Form der Antennen kommt eine wichtige Bedeutung zu. Sie sind asymmetrisch, eine Seite der nanometergroßen Metallstrukturen ist spitzer als die andere. Regt ein über eine Linse fokussierter Laserpuls die Antennen an, emittieren sie an ihrer spitzen Seite mehr Elektronen als an der gegenüberliegenden flachen. Zwischen den Kontakten fließt ein elektrischer Strom - aber nur, solange die Antennen mit dem Laserlicht angeregt werden.

Aufwendige Konstruktion

"Bei der Photoemission werden Elektronen, durch den Lichtpuls ausgelöst, aus dem Metall in das Vakuum ausgesendet", erklärt Christoph Karnetzky, Erstautor der "Nature"-Arbeit. "Alle Lichteffekte sind auf der spitzen Seite stärker, auch die Photoemission, mit deren Hilfe wir einen kleinen Strom generieren." Die Lichtpulse waren nur wenige Femtosekunden lang, entsprechend kurz waren auch die elektrischen Pulse in den Antennen.

Technisch ist der Aufbau interessant, weil die Nano-Antennen in mehrere Millimeter große Terahertz-Schaltkreise integriert werden konnten. Ein Femtosekunden-Laserpuls mit einer Frequenz von 200 Terahertz kann in den Schaltkreisen auf dem Chip ein ultrakurzes Terahertz-Signal mit einer Frequenz von bis zu zehn Terahertz erzeugen, so Karnetzky.

Als Chip-Material verwendeten die Forscher Saphir, weil es sich optisch nicht anregen lässt und deshalb keine Störung verursacht. In Hinblick auf zukünftige Einsatzmöglichkeiten setzten die Experten Laser mit einer Wellenlänge von 1,5 Mikrometern ein, wie sie in herkömmlichen Internet-Glasfaserkabeln genutzt werden. Eine weitere Entdeckung: Sowohl die elektrischen als auch die Terahertz-Pulse hingen nicht-linear von der Anregungsleistung des benutzten Lasers ab. Dies deutet darauf hin, dass die Photoemission in den Antennen durch die Absorption von mehreren Photonen pro Lichtpuls ausgelöst wird.

Quelle: www.pressetext.com/Florian Fügemann