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Donnerstag, 26 November 2020 10:00

Der leichteste Spiegel der Welt

von Dr.-Ing. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Physiker am Max-Planck-Institut für Quantenoptik haben einen Spiegel konstruiert, indem sie wenige 100 Atome in einem zweidimensionalen optischen Gitter aus interferierenden Laserstrahlen anordneten. Der Quantenspiegel ist das erste Beispiel für ein System, in dem ein geordnetes Ensemble von Atomen als Kollektiv mit einfallendem Licht wechselwirkt. Diese neue Form der Interaktion zwischen Licht und Materie eröffnet ein neues Feld in der Grundlagenforschung, erschließt aber auch neue Anwendungen in der Quanteninformationsverarbeitung.

Für gewöhnlich bestehen Spiegel aus sorgfältig polierten Metalloberflächen oder speziell beschichteten Gläsern. Physiker des Max-Planck-Instituts haben nun jedoch zum ersten Mal gezeigt, dass selbst eine einzige Lage aus gut 200 Atomen Licht sehr gut reflektieren kann. Da die Atome in einem deutlich größeren Abstand zueinander angeordnet sind als in einer Metalloberfläche, weisen sie eine sehr niedrige Dichte auf. So haben die Garchinger Forscher den gewissermaßen leichtesten Spiegel der Welt konstruiert. Mit einem Durchmesser von ungefähr sieben Mikrometern und einer Dicke von wenigen zehn Nanometern, das entspricht dem Bewegungsspielraum der Atome in dem optischen Gitter, ist der Spiegel selbst viel zu klein, als dass man ihn mit dem bloßen Auge sehen könnte. Seine Reflexion ist jedoch mit dem bloßen Auge sichtbar, weil das Atomensemble Licht ausgesprochen effektiv spiegelt.

Über tausend einzelne optische Komponenten, die zusammen rund zwei Tonnen wiegen, sind nötig, um die Atome des Spiegels in einem optischen Gitter gekreuzter Laserstrahlen zu fangen, die Lichtblitze, die er reflektieren soll, zu erzeugen und das reflektierte Licht zu analysieren. Das neuartige Material wird also kaum handelsübliche Spiegel ersetzen. Quantenphysiker könnten damit künftig aber viele weitere Experimente machen.

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