Sie sitzen in jeder optischen Maus, im CD-Spieler, in Schweiß- und Schneidwerkzeugen bis hin zum Skalpell: Laser. Der erste seiner Art wurde 1960 fertiggestellt. Seitdem steht die Forschung allerdings nicht still. In diesem Jahr nun haben Physiker am Lehrstuhl für Technische Physik der Universität Würzburg in enger Zusammenarbeit mit einem internationalen Forscherteam einen neuartigen Laser nachgewiesen, den Polariton-Laser.
„Polariton-Teilchen sind eine Mischung zwischen Licht und Materie und 1992 experimentell gezeigt worden“, erklärt der Physiker Christian Schneider. Der gebürtige Karlstadter hat gemeinsam mit dem Physiker Sven Höfling aus Langenprozelten, stammt, bereits 2007 begonnen, an der Idee des Polariton-Lasers zu forschen. 2013 nun gelang dem Forscherteam des Lehrstuhls, der nacheinander von den Professoren Alfred Forchel, Lukas Worschech und Martin Kamp geleitet wurde, gemeinsam mit dem Doktoranden Matthias Amthor, wie Kollege Schneider ebenfalls aus Karlstadt, sowie Arash Rahimi-Iman der Durchbruch. Und mit dem wollten sie nicht lange hinter dem Berg halten: In der aktuellen Ausgabe des renommierten Wissenschaftsmagazins „Nature“ wurde die Funktionsweise des Polariton-Lasers nun veröffentlicht.
Weniger Energie nötig
Der Clou an der neuen Laser-Technik: Im Gegensatz zu herkömmlichen Lasern benötigt der Polariton-Laser weniger Energie. Zudem funktioniert der Laser unter elektrischem Betrieb, was laut Sven Höfling ein großer Schritt in Richtung praktischer Nutzen von polaritonischen Lichtquellen sei.
2008 hatte die Gruppe mit ihren Experimenten begonnen. In Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Stanford lagen bereits schnell die ersten Ergebnisse vor. Dann aber zeigte sich ein prinzipielles Problem: „Es ist extrem schwierig zu unterscheiden, ob man einen Polariton- oder einen normalen Laser hergestellt hat. Die Eigenschaften des emittierten Lichts sind normalerweise kaum unterscheidbar“, erklärt Höfling. Aus diesem Grund veränderte das Forscherteam mit Partnern in den USA, Japan, Russland, Singapur, Island und Deutschland seine Experimente.
„Weil Materie sensibel auf ein Magnetfeld reagiert, haben wir unsere Messungen noch einmal durchgeführt und dabei die Probe unter einem Magnetfeld beobachtet“, erklärt Schneider. Das Ergebnis habe klar gezeigt, dass es sich tatsächlich um Polaritonen handelte.
Funktion nur bei extremer Kälte
Markttauglich ist der Polariton-Laser allerdings trotzdem noch nicht. Denn noch funktioniert der Laser nur bei Temperaturen von zehn Grad Kelvin, also minus 263 Grad Celsius. Das weitere Ziel ist es nun, den Prozess auch bei Raumtemperatur zum Laufen zu bringen. Das sollen die Forschungen der nächsten Jahre – sollte es genügend Forschungsgelder zu diesem Zweck geben – bringen.
Doch auch das bisher Erreichte sorgte für viel Aufmerksamkeit weltweit. „Wir haben viele Anfragen aus aller Welt bekommen“, sagt der Langenprozeltener Höfling. „Die Leute wollten wissen, ob sie den Laser schon anwenden können, sogar, wo es ihn zu kaufen gibt“, beschreibt der Wissenschaftler. Selbst Wikipedia ist bereits auf die Entwicklung aufmerksam geworden und hat dem Polariton-Laser eine eigene Seite gewidmet – auf der taucht natürlich auch das Forscherteam der Uni Würzburg auf, als die Ersten, die den neuen Laser elektrisch betreiben konnten.
Mehr Informationen zum Polariton-Laser unter www.uni-wuerzburg.de