Gruppendynamik auf dem Chip

Mikroskopisch kleine Partikel in Halbleitern verhalten sich unter bestimmten Umständen wie ein Kollektiv - und damit ähnlich wie einzelne Leute in einer Menschenmasse. Zu diesem Ergebnis kommt das Joint Institute for Laboratory Astrophysics (Jila), eine Gemeinschaftsforschungsanstalt des National Institute of Standards and Technology (Nist) und der Universität von Colorado in Boulder.

Die Wissenschaftler hoffen, dieses kollektive Verhalten in Halbleitern für den Bau künftiger Laserdioden verwenden zu können, wie sie in Netzwerkgeräten und Fernmeldeanlagen zur Anwendung kommen. Heute werden diese nämlich hauptsächlich nach der Methode des «Trial and Error» hergestellt, respektive ausprobiert. Anscheinend interagieren die Partikel dabei miteinander ganz anders als bislang angenommen, sodass jegliche Berechnungen für den Laserdiodenbau nicht stimmten.

Und so kamen die Forscher hinter die unverhofften Regelmässigkeiten: Sie beschossen eine hauchdünne Schicht aus Galliumarsenid mit drei Fast-Infrarot-Laserblitzen, die nur wenige Femtosekunden aufflackerten. Dadurch lösten sich Billiarden von elektronischen Strukturen, sogenannte Exitonen. Dabei handelt es sich um angeregte Elektronen und die «Löcher», welche sie hinterlassen haben. Indem die Forscher nun mit den Laserwellen spielten, indem sie die Frequenz und die Richtung des elektrischen Felds veränderten, konnten sie zeigen, dass sich auch solche Exitonen zusammenschliessen, die sich in verschiedenen Energiestadien befinden.