Forscher bauen dünnste Quantenspiegel der Welt

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Konstruktion aus Molybdän und
Selen hat großes Anwendungspotenzial

Forscher bauen dünnste Quantenspiegel der Welt
Winzige Spiegel: Erfolg für Quantenforschung (Foto: flickr.com/XoMEoX)
Archiv | 03.02.2018 | Forscher der Harvard University und des Institute for Quantum Electronics der ETH Zürich haben die bislang dünnsten Spiegel der Welt hergestellt. Die winzigen Strukturen bestehen aus einer Schicht eines Materials, das sich aus den chemischen Elementen Molybdän und Selen zusammensetzt und lediglich die Breite eines einzelnen Atoms aufweist. Die Konstruktion aus Molybdändiselenid (MoSe2) soll ein vielfältiges Anwendungspotenzial im Bereich spezieller Sensoren und Laser-gesteuerter Computerchips haben.

Mehr als nur winzige Spiegel

"Mit diesen winzigen Spiegeln nähern wir uns der absolut minimalsten möglichen Dicke, die ein Objekt haben kann, das unter den geltenden Gesetzen der Physik noch Licht reflektieren kann", beschreibt das Wissenschaftsportal "LiveScience" die aktuelle Errungenschaft der Forscher. Wie diese im Journal "Physical Review Letters" erläutern, ist der Spiegel, der in Harvard entwickelt wurde, auf eine Silizium-Unterlage montiert und wirft 85 Prozent des einfallenden Lichts zurück. Derjenige in Zürich verwendet wiederum eine Basis aus Siliziumdioxid und reflektiert 41 Prozent.

 

"Als wäre die Ingenieursleistung, die hinter der Entwicklung dieser Spiegel steht, nicht schon genug, könnten sie sich auch noch in der realen Welt als äußerst nützlich erweisen", betont der Bericht. Diese sollen künftig etwa im Bereich optischer Chips, Glasfasernetzwerke und anderen Geräten wesentliche Vorteile bringen. "MoSe2 ermöglicht aber mehr als nur winzige Spiegel. Je nachdem, wie viel elektrische Spannung man an diese Substanz abgibt, kann die Reflektivität nach oben oder unten angepasst werden. Das funktioniert superschnell und erlaubt daher auch verschiedenste Anwendungen im High-Speed-Computing", heißt es.

 

Ganz spezifisches Verhalten

MoSe2 lässt sich deshalb so gut als Spiegel einsetzen, weil sich Elektronen, die sich um die Kerne dieses Materials bewegen, auf eine ganz spezifische Art und Weise verhalten. So tendiert die Substanz etwa dazu, Lücken in ihrem Elektronenfeld zu produzieren - Areale, wo Elektronen zwar kreisen können, nicht unbedingt aber präsent sein müssen. Dazu muss der innovative Werkstoff allerdings mit bestimmen Wellenlängen von Licht bestrahlt werden.

 

"Unter Umständen kann es dabei auch vorkommen, dass die negativ geladenen Elektronen sich zu seltsamen quantenmechanischen Objekten zusammenfinden, die Excitons genannt werden. Diese Excitons geben selbst Licht ab, was störend auf einfallendes Licht wirkt und dieses dahin zurückleitet, wo es hergekommen ist - genau wie der Spiegel in ihrem Badezimmer", erklärt "LiveScience" die komplizierten physikalischen Vorgänge. (pte)


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