Kleiner als das Licht erlaubt

News: Kleiner als das Licht erlaubt

Eigentlich lässt sich Licht nicht zielgerichtet durch ein Loch leiten, das kleiner als seine Wellenlänge ist. Mit einem besonderen Muster um die Öffnung herum scheint es aber doch zu gelingen.

Thorsten Krome

Licht, das durch ein rundes Loch fällt, wirft auf einem Schirm normalerweise auch einen ebenso runden Lichtfleck. Wird das Loch jedoch sehr klein, sodass sein Durchmesser in etwa der Größenordnung des einfallenden Lichts entspricht, dann kommt es zu so genannten Beugungseffekten; das heißt, auf einem Schirm ist ein heller Lichtpunkt zu sehen, der von vielen konzentrischen hellen und dunklen Ringen umgeben ist.

Ist die Öffnung sogar noch kleiner als die Wellenlänge des Licht gewählt, dann dürfte theoretisch eigentlich gar kein Licht mehr hindurch gelangen, doch ein kleiner Teil setzt sich über die Beschränkung hinweg und "sickert" durch das Loch. Wissenschaftler vermuten, das hierfür so genannte Plasmonen verantwortlich sind – das sind Elektronen, die an der Oberfläche von Metallen kollektive Schwingungszustände ausbilden.

Diese Plasmonen sollen das Licht auf der einen Seite einer Metallblende schlucken, durch das Loch leiten und es auf der anderen Seite wieder freisetzen. Ab hier breitet sich das Licht jedoch in alle Richtungen aus, von einem scharfen Schattenwurf des Lochs kann nicht die Rede sein.

Nun gelang es jedoch Henry Lezec von der Universität Louis Pasteur in Straßburg und seinen Kollegen, eine dünne Silberfolie derart zu strukturieren, dass hinter ihr ein scharfer Lichtpunkt zu sehen ist. Dazu schlugen sie mit einem fokussierten Ionenstrahl die Silberatome der Folie gerade so heraus, dass eine Struktur aus konzentrischen Kreisgräben um das winzige Loch entstand. Wie sich herausstellte, konnte nun deutlich mehr Licht das Loch passieren, und vor allem warf die Öffnung ein viel schärferes Bild.

Die Wellenlänge des durchgelassenen Lichts ließ sich dabei durch die Abstände zwischen den Gräben bestimmen. Und auch die Richtung des feinen Lichtstrahls konnten die Wissenschaftler durch eine etwaige Asymmetrie der Kreisgräben festlegen. Offensichtlich unterstützt die zerfurchte Oberfläche des Metalls die Bildung von Plasmonen, die dann das Licht in bestimmter Art und Weise auf die andere Seite bugsieren.

Lezec und seine Kollegen wollen diesen Mechanismus in Zukunft genauer untersuchen und verstehen, wie es zu dieser gezielten Lichtleitung kommt. Ihre Entdeckung lässt sich aber schon jetzt für bestimmte Zwecke nutzen. So könnte sie beispielsweise für so genannte optische Nahfeldmikroskope dienlich sein, die schon jetzt eine größere Auflösung erzielen, indem sie Licht durch einen winzigen Engpass hindurchschicken. Auch andere optische Bauelemente wie Leuchtdioden oder Halbleiterlaser könnten vielleicht von der Technik profitieren.