Wirbel aus Licht treiben Elektronen an

Wirken wie ein Korkenzieher: Wirbel aus Licht. Uni Halle / Jamal Berakdar

Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben eine neue Methode konzipiert, um elektrische Ladung mit Licht kontrolliert anzutreiben. So genannte optische Wirbel, die aus Lichtstrahlen bestehen, fungieren dabei ähnlich wie ein Wasserrad und befördern Ladungsträger von einem Reservoir in die gewünschten elektrischen Leiterbahnen. Die Ergebnisse wurden soeben im Fachjournal "Scientific Reports" der Nature Publishing Group veröffentlicht.

Optische Wirbel gelten als eine der interessantesten Neuentwicklungen in der Optik, die für viele Anwendungen in Frage kommen, etwa in der Kommunikationstechnologie zur Übertragung von Daten. In diesen optischen Wirbeln pflanzen sich die Wellen gedreht - ähnlich dem Prinzip eines Korkenziehers - fort. Die Anzahl der Windungen pro Wellengang ist einstellbar und legt fest, wie viel Drehmoment eine Ladung durch die Wechselwirkung mit dem Lichtwirbel erfährt. Wie bei einem Wasserrad nehmen die Ladungsträger den Drehsinn des Wirbels auf und können somit gerichtet bewegt werden. Dieses neuartige Prinzip der Stromerzeugung ist nicht auf ein bestimmtes Material beschränkt, sondern ein generelles Phänomen und eröffnet somit neue Wege in der Optoelektronik.

Auf Basis dieses elektronischen Wasserradeffekts, der von den MLU-Forschern am Institut für Physik entdeckt wurde, lassen sich elektrooptische Bauelemente realisieren. Im Rahmen seiner Doktorarbeit, die in die Publikation in "Scientific Reports" mündete, konnte Jonas Wätzel zeigen, wie Leiterbahnen an ringförmige Elektronenreservoirs gekoppelt und mit optischen Wirbeln angetrieben werden können. Dabei wird die Ladung an die Ringwände geschleudert, dringt in die Leiterbahnen, vorzugsweise in die Richtung des Drehsinns, ein, so dass ein gerichteter Strom in die Leiterbahnen gepumpt wird. Der Effekt lässt sich durch Erhöhung der Windungszahl der Lichtwirbel noch verstärken.

Literatur
Jonas Wätzel and Jamal Berakdar, Centrifugal photovoltaic and photogalvanic effects driven by structured light, Sci. Rep. 6, 21475; DOI: 10.1038/srep21475 (2016).