25.05.2004 · Ein Laserstrahl malt dreidimensionale Strukturen in Silikatglas. Das ist nicht nur hübsch, sondern auch nützlich. Unter anderem für die Chiptechnologie und für die Optoelektronik.
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Der Lichteffekt des 13. findet sich im High-Tech des 21. Jahrhunderts wieder
Feinste Partikeln aus Gold verleihen diesem Schmetterling, der in dem Silikatglas zu schweben scheint, seine filigrane Gestalt und Farbe. Die etwa fünf mal fünf Quadratmillimeter große Figur ist von chinesischen und japanischen Wissenschaftlern mit energiereichen Laserpulsen gezeichnet worden. Zunächst war nur ein schwacher Umriß der Figur aus feinen grauen Pünktchen zu erkennen.
Als Jianrong Qiu vom Institut für Optik und Feinmechanik in Shanghai und seine Kollegen das Silikatglas anschließend auf 550 Grad erhitzten, begannen die Details allmählich Form anzunehmen, bis der ganze Schmetterling schließlich gestochen scharf in Rot, Gelb und Violett erstrahlte. Einmal erzeugt, behält die Figur sechs Monate lang ihre Gestalt und Farbe. Richtet man den Laserstrahl abermals auf das Glas, verblassen die Farben, und die Figur verschwindet allmählich vor den Augen ("Angewandte Chemie", Bd. 116, S. 2280).
Wie in mittelalterlichen Kirchenfenstern
Was steckt hinter dem seltsamen Effekt, und wie kommt der Farbeindruck zustande? In einem Silikatglas, das mit Goldoxyd durchsetzt ist, lösen kurze Laserpulse dort, wo sie auftreffen, zunächst Elektronen aus dem Material. Diese werden dann von den Goldionen des Oxyds eingefangen, die sich daraufhin in neutrale Atome verwandeln. Durch das Erhitzen erhalten die Goldatome dann so viel Energie, daß sie ihre Plätze innerhalb des Silikatgitters verlassen können. Auf der Wanderschaft durch das Glas treffen sie auf andere Goldatome, mit denen sie schließlich zu winzigen Clustern verklumpen.
Die nur wenige Nanometer großen Partikeln absorbieren sichtbares Licht und erscheinen dem Betrachter dadurch farbig - ein Umstand, den man schon im Mittelalter bei der Herstellung von Kirchenfenstern nutzte. Welche Wellenlänge die Partikeln aufnehmen und durchlassen, hängt von ihrer Größe ab. Die winzigen Goldcluster sind nicht sonderlich stabil. Werden sie mit Laserlicht bestrahlt, zerfallen sie, und damit verschwindet auch das ursprünglich ins Glas gezeichnete Bild des Schmetterlings.
Bau ultraschneller Weichen in der Optoelektronik
Das kleine Kunstwerk hat nicht nur ästhetische Reize. Es zeigt auch, daß die optischen und elektronischen Eigenschaften von Nanopartikeln neue Möglichkeiten für den Bau ultraschneller Weichen in der Optoelektronik oder für die Herstellung dreidimensionaler Schaltkreise für Computerchips bieten. Bislang war es äußerst schwierig, einmal erzeugte Nanoteilchen nach Wunsch anzuordnen, wie es etwa für Leiterbahnen erforderlich ist. Es scheint, als habe die chinesisch-japanische Forschergruppe diese Hürde nun genommen.
