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UPD 219/11 - 16.11.2011

Lichtspeicher aus Diamant im Nanometerbereich

Physiker und Materialwissenschaftler aus Saarbrücken, Augsburg, Freiburg undKaiserslautern berichten in Nature Nanotechnology über die erfolgreiche Entwicklung eines extrem kleinen Lichtspeichers, der die faszinierenden Visionen einer absolutabhörsicheren Nachrichtenübertragung oder eines Diamant-Chips als Basis für eine Quanteninformationstechnologie einen entscheidenden Schritt näher rücken lässt.


Augsburg/KPP - Unter der Leitung von Prof. Dr. Christoph Becher (Universität des Saarlandes) ist es den Augsburger Physikern Martin Fischer, Dr. Stefan Gsell und Dr. Matthias Schreck (alle Lehrstuhl für Experimentalphysik IV) in Zusammenarbeit mit weiteren Kolleginnen und Kollegen aus Saarbrücken (als leading authors) sowie aus Freiburg und Kaiserslautern gelungen, einen winzigen Lichtspeicher aus Diamant herzustellen, der hundertprozentige Sicherheit auf dem Gebiet der Quanteninformation - der Signalübertragung mit einzelnen Lichtteilchen also - schafft, da sich mit ihm die Erzeugung der benötigten einzelnen Lichtteilchen deutlich steigern lässt. Über die Entwicklung dieses extrem kleinen Lichtspeichers (Resonators) berichten die beteiligten Physiker und Materialwissenschaftler jetzt im renommierten Fachmagazin Nature Nanotechnology (http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.190.html). Im Folgenden die das Projekt und seine Ergebnisse zusammenfassende Pressemitteilung der Universität des Saarlandes.
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"Der verwendete Diamant wird künstlich hergestellt und hat annähernd ideale Eigenschaften, was Reinheit und Transparenz angeht. Zur Fabrikation dieser Lichtkäfige wurde zuerst eine nur 300 Nanometer dünne Membran präpariert. Um den Diamanten für das ausgesandte Licht hochreflektierend zu machen und so die Erzeugungsrate der Lichtteilchen oder Photonen massiv zu erhöhen, wird eine sogenannte photonische Kristallstruktur verwendet. Dazu haben Janine Riedrich-Möller und Laura Kipfstuhl sowie weitere Mitarbeiter der Arbeitsgruppe Quantenoptik um Professor Christoph Becher in die Diamantmembran Löcher mit etwa 80 Nanometern Durchmesser 'gebohrt'. Das entspricht etwa einem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Durch mehrfache Reflexionen (so genannte Bragg-Reflexionen) an den Lochseitenwänden werden die von Atomen im Diamant ausgesandten Lichtteilchen, also die Informationsträger, wie in einem Käfig in der Mitte der Lochstruktur gespeichert.

Zur Erzeugung der Lichtteilchen selbst verwenden die Wissenschaftler so genannte Farbzentren. Das sind Fremdatome, die fest in das Kristallgitter des Diamanten eingebettet sind. Im Gegensatz zu 'echten' Atomen sind diese Farbzentren deutlich einfacher zu handhaben und erfordern weder aufwändige Vakuumanlagen noch komplizierte Kühlmechanismen, um Lichtteilchen mit den gewünschten Eigenschaften auszusenden.

Die Realisierung der Nano-Resonatoren gilt als essentiell für die künftige Nutzung von Farbzentren für die Quanteninformationsübertragung sowie für die Integration mehrerer Komponenten, um Lichtteilchen auf einem einzigen Chip zu erzeugen und zu übertragen. Das grundlegende Konzept der Saarbrücker Physiker bildet die Basis für zukünftige Experimente, in denen die Emission der Photonen kontrolliert, ihre Eigenschaften beeinflusst und Lichtteilchen mehrerer entfernter Farbzentren miteinander in Wechselwirkung gebracht werden sollen. Diese Schritte rücken die Vision einer Quanteninformationstechnologie, basierend auf einem Diamant-Chip, in greifbare Nähe."

(Quelle: http://idw-online.de/de/news450644)
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Originalbeitrag in Nature Nanotechnology:

Janine Riedrich-Möller, Laura Kipfstuhl, Christian Hepp, Elke Neu, Christoph Pauly, Frank Mücklich, Armin Baur, Michael Wandt, Sandra Wolff, Martin Fischer, Stefan Gsell, Matthias Schreck and Christoph Becher: One- and two-dimensional photonic crystal microcavities in single crystal diamond,
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2011.190.html
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