Physiker der <a href=http://www.tuwien.ac.at target=“_blank“>TU Wien</a> haben berechnet, wie Quarzglas – für gewöhnlich ein guter elektrischer Isolator – durch die Wirkung ultrakurzer Laserpulse kurzzeitig zum – elektrisch leitenden – Metall werden kann. Mit dem Effekt könnte man Schaltungen bauen, die wesentlich schneller als die bislang gebräuchlichen sind.

Bild: TU Wien

Am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching konnte in den vergangenen Jahren experimentell gezeigt werden, dass ukltrakurze Laserpulse in dielektrischen Gläsern Materialeigenschaften induzieren können, die denen eines elektrischen Leiters entsprechen. Die Vorgänge, die dabei zum Tragen kommen, spielen sich in der Größenordnung weniger Femtosekunden (10^-15Sekunden) ab. Damit sind sie um einige Zehnerpotenzen schneller als die heute mit Halbleitertransistoren bewerkstelligten Schaltprozesse im Picosekunden-Bereich.

Quantenphysikalische Simulation auf Supercomputern

Ein Team rund um Joachim Burghöfer vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien konnte in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Tsukuba University in Japan nun berechnen, welche quantenphysikalischen Effekte dabei zum Tragen kommen. Mithilfe von Ab-initio-Simulationen (die aufgrund der Komplexität des Problems nur auf Supercomputern durchgeführt werden können) konnte ein Übergang von nichtlinearen Polarisationsströmen, die während Pulsen von niedriger Intensität auftreten, zu Tunneleffekt-artigen Anregungen in Leitungsbänder mit frei beweglichen Elektronen beobachtet werden. Zudem zeigte sich, dass Kristallstruktur und chemische Bindungen im Festkörper starken Einfluss auf den ultraschnellen Stromfluss haben – das legt nahe, im nächsten Schritt Experimente mit unterschiedlichen Materialen durchzuführen.