Forscher der Hebrew University of Jerusalem und der TU Wien stellen dem Licht eine Falle. (Bild: Pixabay/Gerd Altmann)
Forscher der Hebrew University of Jerusalem und der TU Wien stellen dem Licht eine Falle. (Bild: Pixabay/Gerd Altmann)

Ein ganz besonderer Lichtstrahl hindert sich selbst daran, einen Raum, den er „betreten“ hat, wieder zu verlassen. Forscher der Technischen Universität Wien und der Hebrew University of Jerusalem haben die perfekte Lichtfalle entwickelt. Die Falle könnte eine wichtige Rolle in der zukünftigen Stromversorgung der Welt mit Solarstrom spielen.
 
Ob in der Photosynthese oder in Photovoltaikanlagen: Wer Licht effizient nutzen will, muss Licht möglichst umfassend absorbieren. Dies ist jedoch schwierig, wenn die Absorption innerhalb einer dünnen Materialschicht erfolgen muss, die normalerweise einen großen Teil des Lichts durchlässt.
 
Das Problem haben die Forscher in Österreich und Israel gelöst, indem sie rund um eine dünne Schicht, in der das Licht einfangen werden soll, Spiegel und Linsen angeordnet haben, die den Lichtstrahl im Kreis lenken. Am Ende überlagert er sich mit sich selbst, und zwar so, dass er sich selbst blockiert und das System nicht mehr verlassen kann.
 
Diese Methode zur Verbesserung der Absorption, die gerade in der Zeitschrift Science vorgestellt wurde, ist das Ergebnis einer fruchtbaren Zusammenarbeit zwischen zwei Teams: der Idee, die vom Physikprofessor der hebräischen Universität Ori Katz aus Jerusalem vorgeschlagen und mit Stefan Rotter von der TU Wien entwickelt wurde. Das Experimentierfeld war in Jerusalem, die theoretischen Berechnungen kamen aus Wien.

Weitere Forschung nötig

„Licht zu absorbieren ist einfach, wenn es auf ein massives Objekt trifft, etwa einen dicken schwarzen Wollpullover. Aber bei vielen technischen Anwendungen hat man nur eine dünne Materialschicht zur Verfügung und möchte, dass das Licht genau in dieser Schicht absorbiert wird“, so Rotter.
 
In der Vergangenheit wurden Versuche unternommen, die Absorption von Materialien zu verbessern. Zum Beispiel habe durch das Material, das zwischen zwei Spiegel gelegt wird. Jedes Mal, wenn Licht zwischen den beiden Spiegeln hin und her wandert, durchquert es das Material und wird mit größerer Wahrscheinlichkeit absorbiert.
 
Die dabei verwendeten Spiegel sind jedoch nicht perfekt. Einer von ihnen sollte teilweise transparent sein. Andernfalls kann kein Licht durch den Bereich zwischen den beiden Spiegeln hindurchtreten. Das bedeutet aber auch, dass jedes Mal, wenn Licht auf diesen teildurchlässigen Spiegel trifft, ein Teil davon verloren geht. Um genau das zu verhindern, nutzen Forscher die Welleneigenschaften von Licht.
 
„Durch unsere Methode können wir alle Reflexionen durch Welleninterferenz auslöschen“, sagt Katz. Um die Lichtfalle praktisch nutzen zu können, etwa um Solarstrom mit höherer Effektivität zu erzeugen, sei allerdings noch Forschungs- und Entwicklungsarbeit notwendig.

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