Wie wichtig Glasfaserkabel für die weltweite Kommunikation sind, hat gerade erst die Verleihung des Physik-Nobelpreises unterstrichen. Lichtsignale lassen sich damit jedoch nur etwa 100 Kilometer weit leiten, weil sie durch Absorption und Streuung allmählich abgeschwächt werden. Kabel über Ozeane hinweg brauchen deshalb Dutzende Verstärker. Hohle Wellenleiter in photonischen Kristallen – den optischen Gegenstücken der elektronischen Halbleiter – versprechen eine Lösung des Problems. Durch Rückstreuung treten allerdings auch hier Verluste auf. Nun konnten Forscher um Zheng Wang vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge photonische Wellenleiter konstruieren, die Licht nur in einer Richtung passieren lassen. Damit wären transozeanische Glasfaserkabel möglich, die ganz ohne Verstärker auskommen.

Im Grunde schufen die Forscher eine optische Analogie zum Quanten-Hall-Effekt. Dabei können sich Elektronen, die in einem Feldeffekttransistor (FET) auf eine Ebene eingeengt sind, nur in einer Richtung widerstandslos bewegen. An ihre Stelle treten bei Wang und seinen Kollegen Lichtquanten, während ein photonischer Kristall die Rolle des Halbleiters übernimmt. Als zusätzliches Hilfsmittel benötigten die Forscher Magnetfelder. Deshalb verwendeten sie ein quadratisches Gitter aus magnetischen Ferrit-Stäben als photonischen Kristall. An einer Seite wurde er von einer Wand aus nicht-magnetischem Metall begrenzt. An ihr entlang bewegten sich die Photonen in derselben Weise wie die Elektronen an der Grenze zwischen Halbleiter und Isolator im FET.

Tatsächlich beobachteten Wang und seine Kollegen, dass sich das Licht nur in einer Richtung ausbreitete und dabei weder absorbiert noch gestreut wurde. Auch künstliche Hindernisse umfloss es ungestört. Zwar verwendeten die Forscher aus praktischen Gründen Mikrowellen statt sichtbarem Licht. Es gibt jedoch bereits magnetooptische Materialien auch für den sichtbaren Spektralbereich.

Julia Eder