Naturwissenschaften
Halbleiter des Lichts

Photonische Kristalle könnten die Computertechnologie revolutionieren, indem Rechnen mit Licht statt Strom möglich wird. Doch was im Labor zum Teil schon funktioniert, ist von der Serienreife meilenweit entfernt.

DÜSSELDORF. Sie kennen sicher Hanuta - die knusprigen Waffeln mit der Nussschokolade dazwischen. Mit etwas Geschick lässt sich der Keks abheben und die raffinierte Prägung in der Schokomasse betrachten. Die "Waffeln", die Professor Martin Wegener in seinem Labor an der Universität Karlsruhe herstellt, sehen Türmen aus aufeinander gestapelten Hanuta-Keksen verblüffend ähnlich - allerdings nur, wenn man sie unters Elektronenmikroskop legt, denn mit bloßem Auge kann man die Prägung in den sandkornkleinen Kristallen nicht erkennen. Der Physiker füllt seine Waffelporen nicht mit Schokomasse, sondern mit Licht, das wie in einem Schwamm gebremst wird. Mal kommt es mit Verspätung wieder heraus, mal wird es vollständig aufgesaugt. Die nur wenige hundert Nanometer winzigen Poren wirken wie dreidimensionale Spiegel, die das Licht einfangen.

Photonische Kristalle - so heißen die Gebilde - könnten die Informationsverarbeitung revolutionieren, prophezeit Wegener. Heute stecken in Computern Mikrochips mit Millionen Transistoren aus Silizium, die auf kleinstem Raum elektrische Ströme schalten, verstärken oder speichern. Wenn man in optischen Chips das Licht ebenso schalten und speichern könnte, entfiele das lästige Hin und Her von Strom zu Licht und wieder zu Strom bei der optischen Datenübertragung über Glasfaserkabel im Internet. Eines Tages werden PCs nur noch mit Licht rechnen, hoffen die Wissenschaftler. "Lichtchips wird es geben, aber vielleicht erst in 20 Jahren", schätzt Professor Siegmund Greulich-Weber, der an der Universität Paderborn photonische Kristalle mit elektronischen Bauelementen kombiniert.

Schon heute lassen sich photonische Kristalle herstellen, die ähnliche Eigenschaften wie Halbleiter haben. Wie diese besitzen sie eine so genannte Bandlücke: Die Photonen des Lichts im photonischen Kristall - wie die Elektronen des Stroms im Halbleiter - dürfen nicht alle Energieniveaus besetzen, bestimmte Energiebänder sind tabu. Im photonischen Kristall bestimmen die Größe der Poren und das Brechungsvermögen des Materials, welche Lichtwellenlängen sich im Kristall "totlaufen" und welche durchkommen.

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