9 jul. 2013
3 minuten
De TU Wenen is erin geslaagd om de polarisatierichting van lichtbundels te veranderen – simpelweg door het toevoeren van een elektrische stroom aan een zogeheten gyromagnetisch materiaal. Op deze manier kan een ’transistor’ worden gebouwd die functioneert met licht in plaats van elektrische stroom.
Licht kan in verschillende richtingen oscilleren – daarvan wordt bijvoorbeeld gebruik gemaakt in de 3D-bioscoop. De twee lenzen van het 3D-brilletje laten elk alleen het licht in één bepaald polarisatvlak door. Maar het het is moeilijk om de polarisatierichting te veranderen zonder een groot deel van het licht te verliezen. Op de TU Wenen is men daar nu wel in geslaagd, met gebruikmaking van terahertz-straling – het gebied tussen microgolven en ver infrarood – die technologisch gezien bijzonder belangrijk is. Als op een dunne laag van een speciaal materiaal een elektrisch veld wordt aangelegd kan de polarisatie van het erop vallende licht naar wens worden gedraaid. Dat systeem functioneert dan als een efficiënte transistor voor licht, die kan worden geminiaturiseerd en gebruikt in optische computers.
Geroteerd licht – Faraday effect
Bepaalde materialen kunnen de polarisatierichting van licht roteren als er een magnetish veld op wordt aangelegd. Dat verschijnsel is bekend als het Faraday-effect. Gewoonlijk is dat effect maar uiterst zwak. Maar twee jaar geleden slaagden prof. Andrei Pimenov en zijn team bij het Institute of Solid State Physics van de TU Wenen, samen met een researchgroep van de Universiteit van Würzburg, er in om een zeer sterk Faraday-effect te realiseren door het licht te laten passeren door speciale kwiktelluride plaatjes waarop een magnetisch veld werd aangelegd. Op dat moment kon het effect alleen worden bestuurd met een externe magneetspoel en dat heeft behoorlijke nadelen. "Als er elektromagneten worden gebruikt zijn heel grote stromen nodig", verklaart Andrei Pimenov. Maar nu is het gelukt om de polarisatie van terahertz-straling om te keren door het aanleggen van een elektrische spanning van minder dan een volt. Dat maakt het systeem veel simpeler en sneller.
Het is nog steeds een magnetisch veld dat verantwoordelijk is voor de rotatie, maar het gaat nu niet meer om de sterkte van dat veld. Bepalend is nu het aantal elektronen dat bij het proces betrokken is, en dat kan eenvoudig worden geregeld door een elektrische spanning. Daarom zijn nu alleen een permanente magneet en een spanningsbron nodig – en dat is technisch eenvoudig te realiseren.
Terahertz golven
Het licht dat bij de experimenten in Wenen wordt gebruikt is niet zichtbaar; de golflengte ligt in de ordegrootte van een millimeter. "De frequentie van de straling komt overeen met de klokfrequentie van toekomstige generaties computers", verwacht Pimenov. "De componenten van huidige computers, waarin informatie alleen wordt getransporteerd in de vorm van elektrische stroom, kunnen niet meer fundamenteel worden verbeterd. Het vervangen van stroom door licht zou een scala aan nieuwe mogelijkheden openen."
Maar het is niet alleen in hypothetische nieuwe computers belangrijk om bundels straling nauwkeurig te kunnen beheersen met het nieuw ontwikkelde mechanisme: terahertz signalen worden momenteel voor veel doeleinden gebruikt, zoals imaging-methoden voor de beveiliging van vliegvelden.
Optische transistoren
Als licht aan een polarisatiefilter wordt toegevoerd, wordt het afhankelijk van de polarisatierichting doorgelaten of geblokkeerd. De rotatie van de lichtbundel (en dus de aangelegde spanning) bepaalt daardoor of een lichtsignaal al dan niet wordt doorgelaten. "Dat komt overeen met het principe van de transistor", aldus Pimenov: "Het aanleggen van een externe spanning bepaalt of er wel of geen stroom loopt, en in ons geval of er wel of geen licht wordt doorgelaten. Het ontwikkelde systeem is daardoor de optische equivalent van de transistor."
Anderen lazen ook
