Die dünnste Folie der Welt, das nur aus einer Schicht Kohlenstoffatome bestehende Graphen, halten viele Forscher für ein wahres Wundermaterial: Es soll wegen seiner enormen elektrischen Leitfähigkeit die Entwicklung besonders schneller elektronischer Bauelemente im Nanomaßstab ermöglichen und gilt daher als ein heißer Kandidat für die Ablösung von Silizium als das Baumaterial für Computerchips.
Nun fügen US-Forscher der ohnehin schon langen Liste von Erwartungen eine weitere hinzu: Mit Graphen lasse sich Licht ebenso gut manipulieren, wie bislang nur mit aufwändig herstellbaren Metamaterialien, schreiben Ashkan Vakil und Nader Engheta von der University of Pennsylvania in Philadelphia. Somit seien nur ein Atom dünne optische Bauelemente möglich, die Licht leiten oder Lichtsignale für die Datenverarbeitung nutzen könnten.
Auf der Oberfläche des Graphens entlanglaufende Strahlen von Infrarotlicht lassen sich demnach lenken, indem man die elektrische Leitfähigkeit an unterschiedlichen Stellen auf der Graphenfolie variiert, fanden die Forscher in ihrer theoretischen Arbeit heraus. Dies sei durch das Anlegen verschieden großer elektrischer Spannungen möglich. So könnten etwa zwei winzige Elektroden auf beiden Hälften einer Graphenfolie unterschiedliche Leitfähigkeiten erzeugen. Ein Lichtstrahl würde dann an der Grenzlinie zwischen den Hälften reflektiert. Drei Elektroden könnten einen straßenähnlichen Kanal bilden, der die Graphenfolie zu einem hauchdünnen Wellenleiter machen würden. Ebenso könnte ein Strahlteiler hergestellt werden.
Sogar ein negativer Brechungsindex, wie er bislang nur durch so genannte Metamaterialien erreicht werden kann, sei machbar, schreiben die Autoren. Dafür müssten kreisrunde Inseln mit veränderter Leitfähigkeit auf dem Graphen geschaffen werden. Dazu könne eine durchlöcherte Siliziumunterlage dienen, die gleichzeitig als Elektrode genutzt würde.
Metamaterial aus Graphen | Eine Graphenschicht auf einer Siliziumunterlage würde als Metamaterial wirken, wenn eine räumlich ungleichmäßige Spannung an sie gelegt würde. Zylindrische Löcher im Siliziumsubstrat, das als Elektrode wirkt, würden für die Variation der Spannung sorgen.
Metamaterialien aus Graphen hätten neben ihrer Kleinheit noch einen weiteren Vorteil gegenüber den bislang gängigen Metamaterialien aus Gold oder Silber: Sie würden das Licht mit weniger Verlusten leiten, so Vakil und Engheta. (cm)
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