Physiker stellen Nano-Licht-Werkzeug vor
Ein Bohrloch kann nicht kleiner sein als der Durchmesser des verwendeten Bohrers. Nun ist es aber mit einem Licht-Werkzeug gelungen, die Beschränkung zu überwinden.
Von der Universität Würzburg ist Privatdozent Tobias Brixner vom Physikalischen Institut an der Veröffentlichung beteiligt. Das nano-physikalische Experiment, das er und seine Forscherkollegen in dem Fachblatt "Nature" vorstellen, erschließt neuartige Möglichkeiten, Licht als universelles Werkzeug einzusetzen – etwa bei der Steuerung chemischer Reaktionen, bei der Materialbearbeitung oder in der Optoelektronik.
Ultrakurze Lichtimpulse lassen sich so formen, dass man mit ihnen komplexe Prozesse wie chemische Reaktionen präzise steuern kann. Das liegt an einer speziellen Wechselwirkung, der Interferenz, die Lichtwellen mit anderen quantenmechanischen Systemen eingehen. Es ist jedoch schwierig, die Interferenz in Größenordnungen zu kontrollieren, die kleiner sind als die Wellenlänge des verwendeten Lichtes.
Diese gezielte Manipulation von Licht auf der Nanometer- und Femtosekundenzeitskala ist den Wissenschaftlern nun gelungen – mit Hilfe der Lichtpulsformung. Eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde, ein Nanometer entspricht dem milliardsten Teil eines Meters. Die grundlegende Idee für diesen Erfolg geht auf Tobias Brixner, Walter Pfeiffer (Universität Bielefeld) und Javier García de Abajo vom Instituto de Optica in Madrid zurück. Sie bildete den Ausgangspunkt für die erfolgreiche Zusammenarbeit mit Martin Aeschlimann von der TU Kaiserslautern und Michael Bauer von der Universität Kiel.
Im Experiment wird eine am Nano-Bio-Zentrum der TU Kaiserslautern hergestellte Anordnung von nanometergroßen Silberscheiben mit geformten ultrakurzen Lichtimpulsen beleuchtet. Durch Ausnutzung der lokalen Interferenz-Erscheinungen gelingt den Forschern in der Nähe der metallischen Nanostruktur eine gezielte Steuerung der Lichtfeldverteilung auf Längenskalen weit unterhalb der Wellenlänge des verwendeten Laserlichts.
Tobias Brixner, 1971 in Tübingen geboren, studierte Physik an der Uni Würzburg und promovierte hier 2001. Für seine Doktorarbeit wurde er 2003 mit dem „Scientific Award“ von BMW ausgezeichnet: Ihm war es gelungen, durch Laserpulse chemische Reaktionen so zu kontrollieren, dass gewünschte Produkte effizient erzeugt und unerwünschte Nebenprodukte unterdrückt werden.
Ab 2003 war Brixner dann als Postdoc an der University of California in Berkeley in den USA tätig. Seit 2005 leitet er am Physikalischen Institut der Uni Würzburg eine Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft finanziell gefördert wird.
Martin Aeschlimann, Michael Bauer, Daniela Bayer, Tobias Brixner, F. Javier Garcia de Abajo, Walter Pfeiffer, Martin Rohmer, Christian Spindler und Felix Steeb: „Adaptive subwavelength control of nano optical fields“, Nature, Vol. 446, 15. März 2007, doi: 10.1038/nature05595
