25.07.2023

Innovation in der Optoelektronik: Polymere und Meta-Oberflächen

Bild: Nahaufnahme des schaltbaren Polymerfilms; Copyright: Jens Meyer (Universität Jena)
Schaltbarer Polymerfilm. Copyright: Jens Meyer (Universität Jena)

08.04.2024

Ein Forschungsteam der Universität Jena hat eine innovative Meta-Oberfläche entwickelt, die die Lichtbrechungseigenschaften mittels lichtreaktiver Polymere verändert. Diese Entwicklung, veröffentlicht in ACS Nano, könnte bedeutende Implikationen für die Signalverarbeitung und möglicherweise für die optische Datenverarbeitung haben.

Zusammenführung bestehender Technologien

Das Team um Felix Schacher und Sarah Walden nutzte bekannte Konzepte von Meta-Oberflächen und lichtschaltbaren Polymeren auf innovative Weise. "Sowohl Meta-Oberflächen als auch durch Licht schaltbare Polymere sind im Prinzip seit Jahrzehnten bekannt", so Walden, „aber wir sind die ersten, die beides in dieser Form miteinander kombiniert haben, um daraus neue Bauteile für optische Anwendungen zu entwickeln.“ Durch die Kombination dieser Technologien ist es gelungen, Licht und dessen Ausbreitung auf neuartige Weise zu kontrollieren.

Bild: Prof. Dr. Felix H. Schacher, Dr. Purushottam Poudel, Dr. Sarah Walden & Prof. Dr. Isabelle Staude (v.l.n.r.); Copyright: Jens Meyer (Universität Jena)
v.l.n.r.: Prof. Dr. Felix H. Schacher, Dr. Purushottam Poudel, Dr. Sarah Walden & Prof. Dr. Isabelle Staude. Copyright: Jens Meyer (Universität Jena)

Mechanismus und Anwendungsgebiete

Durch die Integration von Farbstoffmolekülen in Polymere, die auf Licht reagieren, kann die Struktur der Polymere und somit ihre optischen Eigenschaften wie der Lichtbrechungsindex verändert werden. "Die Änderungen des Lichtbrechungsindexes wirken sich auf die optischen Eigenschaften der Meta-Oberfläche aus", erklärt Isabelle Staude. Diese Veränderungen ermöglichen eine präzise Steuerung optischer Funktionen, die bisher durch konventionelle optische Bauteile realisiert wurden.

Die Anwendungsmöglichkeiten dieser Materialien erstrecken sich von der Sensorik bis hin zur optischen Datenverarbeitung. Insbesondere die Perspektive, dass diese Technologie in optischen neuronalen Netzwerken genutzt werden könnte, bietet spannende Möglichkeiten für die Zukunft. "Weil diese Art der Datenverarbeitung auf Licht statt auf Elektronik basiert, ist sie deutlich energieeffizienter und schneller als klassische computerbasierte KI", betont Schacher.

Sarah L. Walden, Purushottam Poudel, Chengjun Zou, Katsuya Tanaka, Pallabi Paul, Adriana Szeghalmi, Thomas Siefke, Thomas Pertsch, Felix H. Schacher, Isabelle Staude: "Two-Color Spatially Resolved Tuning of Polymer-Coated Metasurfaces", ACS Nano, 2024, DOI: 10.1021/acsnano.3c11760Externer Link