Physiker der TU Wien simulieren ein Phänomen am Computer.
Quarzglas ist ein elektrischer Isolator, leitet also keinen Strom. Kurzen Blitzen von Laserlicht ausgesetzt, verwandelt es sich für einzelne Momente in ein Metall. Wie ist das möglich? Was passiert im Glas, wenn es der Laser trifft? Und: Wo könnte das künftig nützlich sein?
Es ist weit härter und hitzebeständiger als „normales“ Glas. Daher nutzt man Quarzglas etwa auch für Fenster von Spaceshuttles. „Für dieses Projekt haben wir Quarzglas verwendet, weil es ohne Beimengungen ,reiner‘ und damit einfacher zu verstehen ist als gewöhnliches Fensterglas“, sagt Georg Wachter vom Institut für Theoretische Physik der TU Wien.
Der Wiener Physikergruppe und ihren japanischen Kollegen ist es eben gelungen, ein Experiment deutscher Forscher am Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching bei München zu erklären. Die Forscher beschossen das Glas mit Laserpulsen, kurzen Blitzen von Laserlicht in einem ähnlichen Wellenlängenbereich wie etwa bei Laserpointern. Was dann passierte? Für die Dauer des Lichtblitzes von wenigen Femtosekunden – das sind Billiardstel Sekunden – änderten sich die elektronischen Eigenschaften des Quarzglases völlig: Es verhielt sich wie ein Metall und leitete Strom.
Wie der Effekt abläuft, konnten die Wiener Physiker nun mit ihren Berechnungen auf Supercomputern erklären. „In der Simulation lässt sich die Bewegung der Elektronen wie in Zeitlupe verfolgen“, sagt Wachter. Im Experiment ist eine Beobachtung nur vorher oder nachher möglich.
Das durch den Laser erzeugte elektrische Feld ist so stark, dass sich sonst fest an ein Sauerstoff-Atom gebundene Elektronen plötzlich frei bewegen können – ähnlich wie ein Elektron in einem Metall. Da die beobachteten Änderungen der Materialeigenschaften „zu den schnellsten Prozessen, die man in der Festkörperphysik kenne“, gehören, hofft man auf vielversprechende Anwendungen: Schaltungen in der Mikroelektronik, die weit schneller sind als bisher.
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("Die Presse", Print-Ausgabe, 30.08.2014)