Datenübertragung durch Licht

Physiker entdecken neue Einzelphotonen-Quelle

Der Einsatz von Licht zur Datenübertragung ist ein hochaktuelles Forschungsthema. Einzelphotonen – also einzelne Lichtteilchen – sind besonders gut geeignet, um Daten sicher zu übermitteln. Doch bislang lassen sie sich nur schwer verlässlich erzeugen, zumal es nur wenige Arten sogenannter Einzelphotonen-Quellen gibt.

Prof. Dr. Rudolf Bratschitsch (links) und Dr. Steffen Michaelis de Vasconcellos. (Copyright: WWU / Peter Grewer)

Wissenschaftler um Prof. Dr. Rudolf Bratschitsch und Dr. Steffen Michaelis de Vasconcellos vom Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben nun eine neue derartige Quelle entdeckt. Die Forschungsergebnisse sind aktuell im neuen Fachjournal „Optica" veröffentlicht.

Einzelphotonen-Quellen sind für verschiedene Anwendungen ein wichtiges Zukunftsthema. „Neben der sicheren Datenübertragung – der Quantenkryptographie – gehört dazu auch die präzise Kalibration von Lichtquellen, also die exakte Bestimmung der Helligkeit. Auch für die Grundlagenforschung im Bereich der Quantenoptik sind Einzelphotonen-Quellen sehr bedeutsam", betont Rudolf Bratschitsch. „Die von uns entdeckte Lichtquelle in Halbleitermaterial könnte platzsparend auf einem Computerchip integriert werden und dazu beitragen, ultradünne opto-elektronische Bauelemente zu entwickeln", beschreibt der Physikprofessor eine Zukunftsvision.

Illustration der neuen Einzelphotonen-Quelle in einer Halbleiterschicht aus Wolframdiselenid. (Copyright: WWU / AG Bratschitsch)

Die neue Einzelphotonen-Quelle befindet sich in einer Halbleiterschicht aus Wolframdiselenid, die aus nur drei Atomlagen besteht und weniger als einen Nanometer dick ist. Die einzelnen Lichtemitter – also die punktförmigen Stellen, von denen die Lichtteilchen ausgesendet werden – sind äußert robust und hell. Sie treten normalerweise am Rand der dünnen Halbleiterschicht auf. Die Physiker erzeugten diese Emitter aber auch gezielt innerhalb der Halbleiterschicht, indem sie diese mithilfe einer feinen Metallnadel anritzten. Bei den Lichtemittern handelt es sich um sogenannte lokalisierte Exzitonen, welche ihre Energie durch Aussendung einzelner Lichtteilchen abgeben können.

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An der Studie beteiligt waren neben münsterschen Forschern auch Wissenschaftler der Technischen Universität Delft (Niederlande). Derzeit analysiert Rudolf Bratschitsch mit seiner Arbeitsgruppe die physikalischen Prozesse im Inneren der neuen Einzelphotonen-Quelle. Besonders interessiert die Wissenschaftler dabei die Frage, wie diese Prozesse durch den Menschen kontrolliert werden können.

Originalpublikation:
P. Tonndorf et al. (2015): Single-photon emission from localized excitons in an atomically thin semiconductor. Optica, Vol. 2, Issue 4, pp. 347-352 (2015); Doc. ID 231152.

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