Nanodrähte aus Zinkoxid 30.09.2014, 15:36 Uhr

Schnellster Laser der Welt schafft das Tausendfache bisheriger Rekordhalter

Eine Billion Pulse pro Sekunde feuert ein Laser ab, der in Jena entwickelt worden ist. Er könnte die Kommunikationstechnik, die medizinische Diagnostik und die Materialforschung revolutionieren.

Laser-Show: Sieht schön aus, ist aber für die Wissenschaft irrelevant.

Laser-Show: Sieht schön aus, ist aber für die Wissenschaft irrelevant.

Foto: flickr/Nikos Koutoulas

Zwar gibt es Laser, die kürzere Pulse aussenden, doch keinen, der schneller ist als eine Innovation aus Jena. Pro Sekunde schaltet er sich eine Billion mal ein und aus, das ist das Tausendfache der bisherigen Rekordhalter. Damit lässt sich beispielsweise die Übertragungsgeschwindigkeit im Glasfasernetz erhöhen.

„Aber das ist nicht unser Primärziel“, sagt Professor Carsten Ronning vom Institut für Festkörperphysik der Friedrich-Schiller-Universität Jena, der den Laser gemeinsam mit seinem Doktoranden Robert Röder und Physikern des Imperial College in London entwickelt hat. „Er soll genutzt werden, um einzelne Moleküle zu detektieren“, sagt er.

Die Laserpulse regen sie an, sodass sie lumineszieren und sich so bemerkbar machen. „Man kann so beispielsweise eine DNA blitzschnell auslesen“, so Ronning, also die Erbinformation von Lebewesen.

Laserkörper aus Zinkoxid

Die Laserfunktion findet in Fäden aus Zinkoxid statt, die einen Durchmesser von wenigen 100 Nanometern haben und nur ein paar Tausendstel Millimeter lang sind. Dieses Material hat ungewöhnliche Eigenschaften. Es ist ein Halbleiter, schluckt ultraviolettes Licht, sodass es vor Sonnenbrand schützt, hat antibakterielle Wirkung und wird deshalb in medizinischen Salben verwendet, lässt sich als Energiespeicher verwenden und – das interessierte die Jenaer Physiker – ist transparent für sichtbares Licht.

Doktorand Robert Röder im Labor in Jena: Schneller schaltet kein anderer Laser. 

Doktorand Robert Röder im Labor in Jena: Schneller schaltet kein anderer Laser. 

Quelle: FSU/ Jan-Peter Kasper

Einmal eingekoppelt flitzt es im Zinkoxid-Fädchen hin und her, wenn dessen Enden verspiegelt beziehungsweise halb durchlässig sind. Als ultrakurzer Laserpuls verlässt es dann das Fädchen und kann genutzt werden.

Maximalgeschwindigkeit erreicht

Die Schaltgeschwindigkeit gilt als Weltrekord, mehr noch. „Wir haben damit sehr wahrscheinlich auch die Maximalgeschwindigkeit erreicht, mit der ein solcher Halbleiter-Laser überhaupt geschaltet werden kann“, sagt Röder.

Nanodrähte aus Halbleitermaterialien sind ein Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten in Jena. Sie sind die Basis für neuartige Sensoren, Solarzellen, Aktoren, die elektrische Signale in mechanische Bewegung umwandeln, was auch umgekehrt machbar ist, und für neuartige Schnittstellen zwischen elektronischer und optischer Datenverarbeitung.

Dazu arbeiten die Jenaer mit Universitätskollegen aus sechs europäischen Ländern, dem Fiat-Forschungszentrum sowie dem Unternehmen Aixtron aus Herzogenrath bei Aachen zusammen, das Anlagen zur Beschichtung von Wafern mit elektrisch aktiven Schichten baut.

Von Wolfgang Kempkens
Von Wolfgang Kempkens

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