Forscher aus China und den USA haben ein optisches Siliziumbauteil entwickelt, das Licht nur in einer Richtung passieren lässt. Es besteht aus einem 800 Nanometer breiten Lichtwellenleiter, in den Halbleiterstrukturen eingelassen sind, die in einer Fortpflanzungsrichtung zu einer Phasenverschiebung führen und das Licht so auslöschen. Mit einem derartigen Bauteil lassen sich die Elemente optischer Schaltkreise gerichtet miteinander verbinden.

Die breit gefächerten Einsatzmöglichkeiten von Dioden, die Strom nur in einer Richtung durchlassen, beflügeln die Suche nach entsprechenden optischen Bauteilen. Bisher allerdings sind die gefundenen Lösungen nicht mit den Produktionsmethoden der bislang aussichtsreichsten optischen Schaltkreise auf Siliziumbasis kompatibel. Das Team um Liang Feng vom California Institute of Technology in Pasadena hat dieses Problem jetzt gelöst, indem sie einen Quanteneffekt nachgebaut haben: Unter bestimmten Bedingungen kann man quantenmechanische Wellenfunktionen erzeugen, die nicht symmetrisch im Bezug auf Parität und Zeit (PT-Symmetrie) sind – sie verhalten sich anders, wenn man das System spiegelt und die Zeitrichtung umkehrt, was bei den meisten physikalischen Systemen nicht der Fall ist.

Da die Wellengleichung der Optik äquivalent zur Schrödinger-Gleichung ist, muss eine entsprechende Verletzung der PT-Symmetrie auch in optischen Systemen möglich sein. Die in den Lichtweg hineinragenden Elemente im Bauteil von Feng und Kollegen verändern die Wellenfunktion des Lichts tatsächlich in einer Weise, dass die Symmetrie von Parität und Zeit im Lichtwellenleiter gebrochen ist – und Licht nur in einer Richtung durchgelassen wird. (lf)