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Masern bei Raumtemperatur Weltweit erster Halbleiter-Maser kommt aus Würzburg

Quelle: dpa 3 min Lesedauer

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Julius-Maximilians-Universität Würzburg
Schages GmbH & Co.KG
G+K Umformtechnik GmbH

Das Akronym Maser steht für Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Statt Licht, wie beim Laser, werden also Mikrowellen verstärkt. An der Würzburger Uni feiert man dahingehend Premiere ...

Der Maser wird salonreif! Denn Würzburger Wissenschaftlern ist es gelungen, einen Maser zu entwickeln, der aus gut verfügbarem Halbleitermaterial besteht und ohne aufwendige Kühlung auskommt ...(Bild: A. Gottscholl u. A. Sperlich / Universität Würzburg)
Der Maser wird salonreif! Denn Würzburger Wissenschaftlern ist es gelungen, einen Maser zu entwickeln, der aus gut verfügbarem Halbleitermaterial besteht und ohne aufwendige Kühlung auskommt ...
(Bild: A. Gottscholl u. A. Sperlich / Universität Würzburg)

An der Würzburger Julius-Maximilians-Unversität (JMU) hat man den ersten Maser entwickelt, der mit Halbleitern funktioniert. Dabei war der Maser tatsächlich sogar der Vorläufer des Lasers und funktioniert nach demselben Prinzip. Er erzeugt und verstärkt halt nur Mikrowellenstrahlung, die auch ein Teil des Wellenspektrums ist, wie eben Licht auch. Trotz des attraktiven Potenzials waren Maser bisher aber meist auf technisch aufwendige Betriebsbedingungen, wie zum Beispiel sehr tiefe Temperaturen angewiesen, um zu funktionieren. Das erschwerte bisher ihre breite Anwendung, erklären die Würzburger Forscher. Doch das Team um Professor Vladimir Dyakonov und Privatdozent Dr. Andreas Sperlich vom Lehrstuhl für Experimentelle Physik 6 der JMU hat nun einen bedeutenden Durchbruch auf dem Weg zu praktischen Maser-Systemen erzielt, wie betont wird. Wie die Wissenschaftler im Journal Nature Communications berichten, haben sie einen Maser entwickelt, der kontinuierlich arbeitet und sogar oberhalb von Raumtemperatur betrieben werden kann.

Wichtige Verbesserungen am Maser-Resonator

Das Würzburger Team nutzt dafür, wie es weiter heißt, sogar ein bereits etabliertes Halbleitermaterial: Siliziumkarbid! In diesem Kristallgitter erzeugte man gezielt atomare Fehlstellen, wobei einzelne Silizium-Atome entfernt wurden. Diese Defekte weisen wohldefinierte quantenmechanische Spin-Zustände auf, die sich mit Licht gezielt anregen lassen, wie man erfährt. Siliziumkarbid wird bekanntlich bereits in großem Maßstab für Leistungselektronik verwendet und ist deshalb sehr gut verfügbar, wenn aus dem grundlegenden Nachweis im Labor einmal kompakte und integrierbare Maser-Bauelemente in Massen benötigt werden sollten. „Durch Nutzung der Spins machen wir aus Siliziumkarbid ein Material, das aktiv mit Mikrowellen interagiert“, erklärt Dr. Andreas Gottscholl, Erstautor der Studie. Man kann die Spins, wie gesagt, mit Licht in einen angeregten Zustand versetzen, in dem sie kohärente Mikrowellenstrahlung aussenden oder diese sogar verstärken. Damit der Effekt aber stark genug wird, braucht der Maser – ebenso wie ein Laser – einen sogenannten Resonator. Es sei wie beim Schaukeln: Nur, dass hier Mikrowellen-Schwingungen mit der richtigen Frequenz dabei immer weiter aufgebaut werden und sich verstärken. Mit technischer Finesse steigerte das Würzburger Team auch noch die Güte des Resonators so weit, dass der Maser nun eben auch bei Raumtemperatur kontinuierlich arbeitet. Der neue Siliziumkarbid-Maser kann aber nicht nur als Mikrowellenquelle dienen ...

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