07 Mai On-Chip-Integration optischer Isolatoren
Herkömmliche optische Isolatoren sind mit ihren Abmessungen im Millimeter- bis Zentimeterbereich relativ groß. Daher war es bisher nicht möglich, miniaturisierte integrierte optische Systeme auf einem Chip zu schaffen, die mit alltäglichen elektronischen Technologien auf Siliziumbasis vergleichbar sind. In einer aktuellen Studie zeigen deutsche und indische Physiker von der Universität Münster und des Indian Institute of Science Education and Research (IISER) im indischen Pune, dass ultradünne, zweidimensionale Materialien wie Wolframdiselenid die Polarisation sichtbaren Lichts bei bestimmten Wellenlängen um mehrere Grad drehen können, wenn sie kleinen, für die Anwendung auf Chips geeigneten Magnetfeldern ausgesetzt werden.
Zweidimensionaler Halbleiter dreht Licht
Die von den Forschern eingesetzten 2-D-Materialien sollen nur wenige Atomschichten dick sein. „In Zukunft können zweidimensionale Materialien das Herzstück optischer Isolatoren werden und die On-Chip-Integration für heutige optische und künftige quantenoptische Computer- und Kommunikationstechnologien ermöglichen“, sagt Prof. Dr. Rudolf Bratschitsch von der Universität Münster. „Selbst die verhältnismäßig sperrigen Magnete, die für optische Isolatoren ebenfalls benötigt werden, könnten durch atomar dünne 2-D-Magnete ersetzt werden“, ergänzt Prof. Dr. Ashish Arora vom IISER. Dies werde die Größe der photonischen integrierten Schaltkreise drastisch reduzieren.
Das Team entschlüsselte den Mechanismus, der für den von ihnen gefundenen Effekt verantwortlich ist: Gebundene Elektron-Loch-Paare, sogenannte Exzitonen, in 2-D-Halbleitern drehen die Polarisation des Lichts sehr stark, wenn das ultradünne Material in ein kleines Magnetfeld gebracht wird. „Die Durchführung solch empfindlicher Experimente an zweidimensionalen Materialien ist nicht einfach, da die Probenflächen sehr klein sind“, betont Arora. Die Wissenschaftler mussten nach eigener Aussage eine neue Messtechnik entwickeln, die etwa 1000-mal schneller ist als bisherige Verfahren.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), die Alexander-von-Humboldt-Stiftung, die indische Technologiestiftung I-Hub, das Science and Engineering Research Board (SERB) des indischen Technologieministeriums sowie das indische Bildungsministerium unterstützten die Arbeit finanziell.
Originalveröffentlichung
[Carey, B., Wessling, N.K., Steeger, P. et al. (2024): Giant Faraday rotation in atomically thin semiconductors. Nat. Commun. 15, 3082. DOI: 10.1038/s41467-024-47294-5]
Quelle: www.uni-muenster.de
Bild: Nature Communications (Nat Commun) ISSN 2041-1723 (online); Creative Commons licence
