Wissenschaftler meißeln Einstein mit Licht auf einen Kristall, weil warum nicht?

Forscher des XPANCEO Emerging Technologies Research Center haben in Zusammenarbeit mit dem Nobelpreisträger Prof. Konstantin Novoselov entdeckt, dass der kristalline Van-der-Waals-Halbleiter Arsentrisulfid (As2S3) einen bemerkenswert starken photorefraktiven Effekt aufweist. Das bedeutet, dass schwaches ultraviolettes Licht seinen Brechungsindex dauerhaft verändern kann – um bis zu Δn ≈ 0,3, eine Veränderung, die jene in klassischen Materialien wie BaTiO3 oder LiNbO3 übertrifft – ohne teure Reinräume oder ausgefallene Femtosekundenlaser zu benötigen.

Diese Eigenschaft erlaubt es, optische Funktionen direkt in das Material zu 'schreiben', ein praktischer Trick für die Herstellung winziger Strukturen in Telekommunikationssystemen, kompakter optischer Komponenten für Sensoren und hologrammartiger Merkmale für Sicherheitsanwendungen. Der Effekt ist im Nanomaßstab so stark, dass er einzigartige, schwer zu reproduzierende 'optische Fingerabdrücke' erzeugen kann, ideal für die Fälschungssicherung.

Um diese Präzision zu demonstrieren, verwendete das Team einen Standardlaser, um ein mikroskopisches Porträt von Albert Einstein auf ein dünnes Stück As2S3 zu ätzen, mit Punkten, die nur 700 Nanometer voneinander entfernt sind. Sie haben die Auflösung sogar auf ~50.000 Punkte pro Zoll (etwa 500 Nanometer zwischen den Punkten) gesteigert und erzeugen Muster mit starkem optischem Kontrast dank der lichtinduzierten Veränderungen.

Über bloße Musterung hinaus führt Lichteinwirkung dazu, dass sich As2S3 physikalisch um bis zu 5 % ausdehnt, was die direkte Bildung optischer Strukturen wie Mikrolinsen und Beugungsgitter auf seiner Oberfläche ermöglicht. Dies ist entscheidend für die Entwicklung von Komponenten wie Weitwinkel-Wellenleitern für Augmented-Reality-Brillen und intelligente Kontaktlinsen.

Valentyn Volkov, Gründer und CTO bei XPANCEO, bemerkte, dass die Entdeckung solch empfindlicher natürlicher Kristalle die 'wesentlichen Bausteine' für eine neue Generation lichtgetriebener Technologie liefert und die Photonik von ihren elektrischen Wurzeln vorantreibt. Die Reaktionsfähigkeit des Materials macht es auch vielversprechend für photonische Schaltkreise und Nanosensoren und markiert einen bedeutenden Schritt in der Manipulation von Licht für die Technologie der nächsten Generation.