Extrem schneller Lichtschalter auf DVD

Elektronische Eigenschaften ändern sich schneller als Struktur

Neue Anwendungsmöglichkeiten für Materialien von DVDs: Die Schicht aus aus Germanium, Antimon und Tellur, in dem wiederbeschreibbare CDs, DVDs und Blu-Ray Discs Informationen speichern, könnte sich als extrem schneller Lichtschalter für die optische Kommunikation oder Datenverarbeitung eignen. Das hat ein internationales Team des Berliner Fritz-Haber-Instituts (FHI) der Max-Planck-Gesellschaft und des Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) in Barcelona herausgefunden.

Der Speichermechanismus in DVDs beruht darauf, dass Laserpulse die Struktur des Materials neu arrangieren und es dabei von einem transparenten in einen intransparenten Zustand schalten. Die optischen Eigenschaften ändern sich allerdings viel schneller als die Struktur. Das könnte sich ausnutzen lassen, um neuartige photonische Bauteile zu konzipieren.

[note Ordnung versus Unordnung: Elektronen werden in der kristallinen Struktur einer Verbindung aus Germanium, Antimon und Tellur (GST) anders gebeugt als in der amorphen. Das Beugungsbild des Kristalls (links) lässt sich daher von demjenigen des amorphen Materials (rechts) gut unterscheiden.– Bild © Fritz-Haber-Institut der MPG]

Die Datenträger werden nämlich zunehmend von anderen Speichertechniken abgelöst. Also können DVDs bald Auslaufmodelle werden, ihr Speichermaterial aber möglicherweise nicht.  Die Verbindung Ge2Sb2Te5, von Fachleuten kurz GST genannt, könnte nämlich neue Aufgaben finden. Seinen Job in wiederbeschreibbaren DVDs verdankt das Material der Tatsache, dass Laserblitze es sehr schnell von einer stark reflektierenden kristallinen Form in eine weniger gut reflektierende ungeordnete Variante umwandeln. Die beiden Zustände codieren dann die Nullen und Einsen digitaler Information. „Wir zeigen mit unserer Arbeit, dass sich das Material auch für andere Anwendungen ausnutzen lässt als für die Datenspeicherung“, sagt Ralph Ernstorfer, Leiter der Forschungsgruppe “Structural & Electronic Surface Dynamics” am FHI. „GST könnte sich etwa für Modulatoren in der optischen Kommunikation oder für Bauelemente in einer optischen Computertechnik eignen.“

Die neuen Funktionen stehen dem Material offen, weil das Team um Ralph Ernstorfer und Simon Wall (ICFO) eine bislang unbekannte Eigenschaft an ihm entdeckten: Es ändert seine optischen Eigenschaften wie Transparenz, Reflektivität und Absorptionsfähigkeit nämlich augenblicklich, während die Struktur erst verzögert auf die Anregung reagiert. Für die Wissenschaftler war das ziemlich überraschend. „Bislang dachte man, das optische Verhalten wechselt so schnell, weil sich die Struktur ändert“, sagt Ralph Ernstorfer.

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