Nützlich für Telekommunikation und Displays: Eine nur drei Atomlagen dünne Schicht schwarzen Phosphors erweist sich als schneller und gut kontrollierbarer Manipulator von Licht. Denn die Lichtpolarisation durch das wie ein Cordstoff geriffelte Halbleiter-Material kann elektronisch gesteuert werden, wie ein Experiment belegt. Weil das Material Millionen Mal schneller reagiert als ein LCD-Display und 20-fach kleinere Pixel erlaubt, eröffnet dies neue Möglichkeiten für Bildschirme, aber auch die optische Telekommunikation.
Die Schwingungsrichtung des Lichts – seine Polarisation – ist eine für viele optischen Anwendungen essenzielle Eigenschaft. Sie ist die Basis von Quantenübertragungen durch verschränkte Photonen, aber auch von LCD-Displays, Hologramm-Videos, vielen optischen Sensoren und der klassischen Datenübertragung durch optische Leiter. Bisher wird die Polarisation der dafür eingesetzten Photonen meist statisch durch spezielle Filter oder Nanostrukturen erzeugt.
Was bisher jedoch fehlt, sind Materialien, die eine schnelle, dynamische Anpassung der Polarisation erlauben. „Eine elektronisch rekonfigurierbare Polarisation ist nur sehr eingeschränkt möglich“, erklären Souvik Biswas vom California Institute of Technology und seine Kollegen. Das Problem: Die bisher dafür einsatzbaren Technologien auf Basis von Flüssigkristallen oder Lithium-Niobat sind sehr sperrig und daher schwer in photonische Plattformen zu integrieren – sie sind schlicht zu groß.
Rippen wie ein Cordstoff
Doch Biswas und sein Team haben nun ein polarisierendes Material entdeckt, das dynamische Schaltbarkeit mit einer geringen Größe verbindet: schwarzer Phosphor. Dabei handelt es sich um eine Phosphorvariante mit spezieller Atomkonfiguration. Die Phosphoratome sind im Kristallgitter des Elements so angeordnet, dass sie geriffelte Lagen bilden. „Diese winzigen Strukturen sind es, die die Polarisation bewirken“, erklärt Teamleiter Harry Atwater vom Caltech.
