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pte20191120002 Forschung/Entwicklung, Produkte/Innovationen

Optische Halbleiter sind nun aus Spezialschaum

Wissenschaftler der Princeton University setzen auf Computing mit Photonen statt Elektronen


So sieht die Struktur des Weaire-Phelan-Schaums aus (Grafik: Klatt et al.)
So sieht die Struktur des Weaire-Phelan-Schaums aus (Grafik: Klatt et al.)

Princeton (pte002/20.11.2019/06:05) - Weaire-Phelan-Schaum, aus dem beispielsweise die Hülle des Pekinger Olympia-Schwimmstadions besteht, hat auch ungeahnte optische Eigenschaften. Er lässt nur bestimmte Lichtfarben passieren, während er andere reflektiert. Der Schaum, der aus zwei gleich großen, aber unterschiedlich geformten Blasen besteht, ähnelt einem Halbleiter, der nur unter bestimmten Voraussetzungen Strom fließen lässt. Er ist gewissermaßen ein optischer Halbleiter, den man in optischen Computern einsetzen kann, meinen die Entwickler an der Ingenieurschule der Princeton University http://princeton.edu .

Maßgeschneiderte Eigenschaften

"Der Schaum hat genau die Eigenschaften, die wir brauchen. Er ist ein ungerichteter Reflektor für bestimmte Lichtfrequenzen", sagt Salvatore Torquato. Der Wissenschaftler gehört zu einem interdisziplinären Team, zu dem auch Physiker und Materialwissenschaftler gehören. Ähnliche Eigenschaften haben Forscher schon bei Kristallen gefunden, doch bisher noch nie bei einem Schaum, der dem von Seife oder Bier ähnelt.

Im Gegensatz zu diesen ungeordneten Schäumen sei der Weaire-Phelan-Schaum nach mathematischen und physikalischen Vorgaben präzise strukturiert. Entdecker der Struktur war der schottische Physiker Lord Kelvin im Jahr 1887. Er vermutete, der geheimnisvolle Äther, der angeblich das Weltall füllt und Licht leitet, habe eine solche Struktur. Schnell war klar, dass es keinen Äther gibt, doch der Schaum beschäftigt seitdem Physiker und Mathematiker in aller Welt.

Kontrollierte Manipulation von Licht

Auch die Physiker Denis Weaire und Robert Phelan vom Trinity College Dublin http://tcd.ie haben sich der Frage angenommen. Sie entwickelten einen Schaum mit einer besonderen Struktur, der nach ihnen benannt wurde. Er gilt als leichtes, aber zerstörungssicheres Baumaterial. Torquato und seine Kollegen fanden eine andere Nutzungsmöglichkeit, als sie einen Weg suchten, Licht gezielt zu kontrollieren, wie es für das Funktionieren eines Computers nötig ist, der mit Photonen statt Elektronen arbeitet.

Die Princeton-Forscher modifizierten die Struktur mithilfe eines komplexen, extrem rechenintensiven Computerprogramms. Die Entwickler glauben, dass ihr Schaum am Ende von Lichtwellenleitern eingesetzt werden könnte, um die ankommenden Signale weiterzuverarbeiten. Bisher werden sie in elektronische Signale umgewandelt, um sie in herkömmlichen Computern verwerten zu können.

(Ende)
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