Optischer 3D-Speicher mit ultrahoher Dichte

Eine japanisch-chinesischen Forscher-Kooperation vom Institute of Optics and Fine Mechanics in Shanghai hat eine neue Technik entwickelt, mit der schon in naher Zukunft extrem schnelle dreidimensionale optische Speicher mit ultrahoher Speicherdichte hergestellt werden können sollen. Dem Team um Jianrong Qiu ist es erstmals gelungen, Gold-Nanoteilchen so gezielt auszufällen, dass sich farbenfrohe dreidimensionale Bilder in transparente Materialien „malen“ lassen. Der ästhetisch-künstlerische Aspekt stand dabei aber im Hintergrund, mit Edelmetall-Nanoteilchen dotierte Materialien sind heiße Kandidaten für ultraschnelle optische Schaltelemente der Optoelektronik. Bisher scheiterten alle Versuche an einer genau definierten räumlichen Verteilung der Nanopartikel innerhalb eines Materials.

Als Ausgangsmaterial diente Qiu ein mit Goldoxid (Au203) dotiertes Silikatglas. Wird das Glas mit einem Laser bestrahlt, entstehen winzige graue Pünktchen an den fokussierten Stellen. Die Wissenschaftler „malten“ einen 5 mal 5 Millimeter messenden Schmetterling in ein Glas. Wird das Glas bei 550 Grad Celsius getempert, wird das Bild farbig. In Abhängigkeit von der Intensität des zuvor eingestrahlten Laserlichts färbt sich der Schmetterling violett, rot oder gelb. Erneutes Bestrahlen mit dem Laser löscht diese Farbe wieder.

Die Ursache für die plötzliche Färbung ist der enorme Energieeintrag des kurzen Laserimpulses. Dadurch können Elektronen an den bestrahlten Stellen genug Energie aufnehmen, um sich von ihren Atomkernen zu trennen. Goldionen sind in der Lage, solche freien Elektronen einzufangen und werden dadurch zu Goldatomen reduziert. Beim anschließenden Erhitzen erhalten sie die nötige Energie, um sich aus dem Silikat-Netzwerk zu lösen und auf Wanderschaft zu gehen. Treffen sie auf andere Goldatome, aggregieren sie zu winzigen Klümpchen.

Diese Gold-Nanopartikel erscheinen farbig, weil sie Licht im sichtbaren Spektralbereich absorbieren. Die absorbierte Wellenlänge hängt jedoch von der Größe der Nanopartikel ab. Je höher die Lichtintensität des Lasers, desto mehr reduzierte Goldatome entstehen pro Volumeneinheit, die später als Kristallisationskeime dienen. Beim Erhitzen entsteht eine dementsprechend größere Zahl an Nonoteilchen. Erneutes Bestrahlen zerbricht die Partikel wieder in winzige Bruchstücke und Atome, das bestrahlte Areal wird transparent. Derzeit arbeitet das Team daran, komplette dreidimensionale Nano-Schaltkreise aus Gold herzustellen.