D. Lenz
Forscher haben einen Computer-Chip konstruiert, in dem die Phasengeschwindigkeit von Licht nicht nur die Lichtgeschwindigkeit überschreitet, sondern sogar unendlich schnell wird. Mit Hilfe eines Metamaterials ist es den Forschern gelungen den Lichtstrahl zu manipulieren. Der Chip ist in der Lage Licht in jeder erdenklichen Weise zu manipulieren: Er kann ihn verformen, zerren, quetschen und beugen – ohne dass dieser beim Übertragen Energie verliert.
Cambridge (U.S.A.). Die Lichtgeschwindigkeit ist eine Naturkonstante – wie wir seit Einsteins spezieller Relativitätstheorie wissen. Demnach kann sich Licht im Vakuum nicht schneller als 299.792.458 Meter pro Sekunde bewegen. Wie man aber auch weiß, ist die Geschwindigkeit von etwa 300.000 Kilometer pro Sekunde relativ. Forscher haben erst kürzlich in Experimenten das Licht künstlich abgebremst, es für kurze Zeit zum Stillstand gebracht und in weiteren Experimenten sogar rückwärts laufen lassen.
Die maximale Geschwindigkeit von 299.792.458 Meter pro Sekunde gilt für Licht im Vakuum. In anderen Materialien, beispielsweise in Cäsium, ist sie rund 300 Mal schneller, wie Wissenschaftler vom NEC Research Institute in Princeton nachweisen konnten.
Einen neuen und nicht mehr zu brechenden Geschwindigkeitsrekord haben nun Yang Li und seine Kollegen von der Harvard University aufgestellt. Ein Computer-Chip aus Metamaterial, dessen Brechnungsindex gleich null ist: „Sobald der Brechnungsindex null beträgt, wird die Phasengeschwindigkeit unendlich“, so die Forscher im Fachmagazin Nature Photonics. „An diesem extremen Limit wird die Wellenlänge im Material unendlich groß und die Phase ist überall konstant.“ Die Wellenberge und Täler des Lichts oszillieren nur noch in der Zeit, nicht aber im Raum.
Der neu entwickelte Chip besteht aus einer quadratischen Fläche welche aus einem speziellen Polymer gefertigt wurde. In diesem sind winzige Silizium-Säulen eingebettet. Jede dieser Säulen ist 690 Nanometer hoch und 211 Nanometer dick. Ober- und Unterhalb dieser lichtleitenden Schicht befinden sich dünne Goldauflagen als Begrenzung. Ein Silizium-Wellenleiter führt dann den Lichtstrahl in das Metamaterial. Der Chip lässt sich zudem mit Standard-Komponenten photonischer Chips und Leiter verbinden.
Dieser einfache Aufbau erlaubt es, das Licht in jeder erdenklichen Weise zu manipulieren - ohne dass das Licht dabei Energie verliert. „Bisherige optische Schaltkreise werden durch die schwache und ineffektive Energieerhaltung der konventionellen Silizium-Wellenleiter gehemmt“, erklärt Li. „Das Metamaterial mit Null-Brechungsindex sorgt hingegen durch seine hohe innere Phasengeschwindigkeit für volle Übertragung – egal wie das Material konfiguriert ist.“
Der neue Chip bietet aber noch weitere Vorteile: Das Metamaterial lässt sich mit herkömmlichen Verfahren leicht und in vielen Varianten herstellen. Zudem kann der Chip bereits jetzt in konventionelle optische Schaltkreise integriert werden.
