Uni-Journal Jena November 2014

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Forschung
Laser erreicht Höchstgeschwindigkeit
Physiker entwickeln ultraschnelle Halbleiter-Nanolaser
Neue Erkenntnisse zu einem alten Kanal
Wasserbauliches Konzept des Karlsgrabens erstmals belegt
Eintausend Milliarden Schaltvorgänge
pro Sekunde – auf diesen Spitzenwert
bringen es die Halbleiter-Nanolaser, die
Jenaer Physiker gemeinsam mit Kol-
legen des Imperial College in London
entwickeln. Wie das Forscherteam im
Magazin „Na-
ture Physics“
schreibt, verfügt
es damit über
die schnellsten
Laser überhaupt
(DOI: 10.1038/
NPHYS3103).
Schnelligkeit, so
erläutert Prof. Dr.
Carsten Ronning,
bedeute in diesem
Fall die Geschwin-
digkeit des An-
und Abschaltens
des Lasers und
nicht die Dauer der
Laserpulse. „Wäh-
rend die schnells-
ten Laser typi-
scherweise einige
Nanosekunden für
einen Schaltvorgang brauchen, dauert
eine Schaltung unserer Halbleiternano-
laser weniger als eine Pikosekunde und
ist damit tausend Mal kürzer“.
Für ihre Nanolaser nutzen dieWissen-
schaftler winzige Drähte aus Zinkoxid.
„Licht wird an den Enden der Drähte,
wie an einem Spiegel, reflektiert und
verstärkt sich beim Durchlauf durch den
Nanodraht“, erläutert Doktorand Robert
Röder. Dass sich Nanodrähte prinzipiell
als Laser eignen, ist für die Forscher
nicht neu. Neu ist dagegen die Mög-
lichkeit, die Geschwindigkeit des Lasers
grundlegend modifizieren zu können.
Dazu haben die Physiker die Nano-Halb-
leiter mit einer metallischen Schicht
kombiniert, wobei zwischen beiden
ein minimaler Zwischenraum von zehn
Nanometern Breite bleibt. Darin wird
das Lichtfeld eingeschnürt. „Auf diese
Weise wird die Wechselwirkung zwi-
schen Licht und Materie beschleunigt“,
sagt Robert Röder. Dies sei nicht nur
„Weltrekord“ was die Schaltgeschwin-
digkeit des Lasers betrifft. „Wir haben
damit sehr wahrscheinlich auch die Ma-
ximalgeschwindigkeit erreicht, mit der
ein solcher Halbleiter-Laser überhaupt
geschaltet werden kann.“
Anwendungsmöglichkeiten für die ul-
traschnellen und nanometer-kleinen La-
ser bieten sich als optische Transistoren
und als Sensoren. US
Physik-Doktorand
RobertRöder.
Kontakt:
Tel.:03641/947318
E
Der Karlsgraben war das bedeutendste
Bauprojekt des Frühmittelalters zur
Querung der Europäischen Hauptwas-
serscheide. Der Kanal, errichtet auf In-
itiative Karls des Großen, bildet bis in
die Neuzeit den einzigen Versuch, das
Einzugsgebiet des Rheins mit dem der
Donau auf schiffbarem Weg zu verbin-
den. Bisher lagen aber keine gesicherten
Erkenntnisse zu seiner Funktionsweise
vor. Forscher aus Leipzig haben den
Karlsgraben zusammen mit Kollegen aus
Jena, München und Osnabrück mithilfe
archäologisch-historischer und geoar-
chäologischer Methoden untersucht. Sie
können nachweisen, dass die Konstruk-
tion mindestens 2 300 Meter lang und
als Scheitelkanal konzipiert war. Mit ei-
ner Wassertiefe von 60 bis 80 Zentime-
tern und einer Breite von fünf bis sechs
Metern war das Bauwerk ausreichend
dimensioniert für die Passage damaliger
Frachtschiffe und tonnenschwerer Güter.
Ausstellung zur „Großbaustelle“
Seine Ergebnisse hat das Wissen-
schaftlerteam, zu dem auch Prof. Dr. Pe-
ter Ettel vom Lehrstuhl für Ur- und Früh-
geschichte gehört, in der Fachzeitschrift
PLOS ONE veröffentlicht (DOI: 10.1371/
journal.pone.0108194). Auch die Öffent-
lichkeit kann sich ein Bild machen: Noch
bis 23. November ist die Ausstellung
„Großbaustelle 793. Das Kanalprojekt
Karls des Großen zwischen Rhein und
Donau“ in Treuchtlingen zu sehen.
Voruntersuchungen hatten in den ver-
gangenen Jahren bereits gezeigt, dass
viele der bislang publizierten Hypothe-
sen neu zu bewerten sind. Ziel der For-
scher war es daher, das wasserbauliche
Konzept des Karlsgrabens zu rekonstru-
ieren. Dazu haben sie den Kanal mit 60
Rammkernbohrungen sondiert.
Wie sich herausstellte, berücksichti-
gen der Verlauf und die rekonstruierte
Grabensohle des Kanals die hydrogeolo­
gischen Ausgangsbedingungen, so dass
die natürlichen Potenziale derWasserzu-
führung geschickt genutzt worden sind.
Tonige Verfüllungen der Grabensohle
und die zahlreichen Vorkommen von
Faulschlämmen beweisen, dass der Ka­
nal über mehrere Jahrhunderte in wei-
ten Bereichen tatsächlich mitWasser ge-
füllt war. Ob aber jemals Schiffe auf dem
Kanal fuhren, bleibt auch nach den vor-
gestellten Untersuchungen unklar. PM
DerJenaerGra-
bungsleiterLukas
WertherbeimFrei­
legenderUferbefes-
tigungdesKanals.
Kontakt:
Prof.Dr.PeterEttel
Tel.:03641/944890
jena.de
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