Farbige Informationsspeicher aus Glas - physikalische Forschung auf dem Weg in die Wirtschaft
Die Fülle der in der heutigen Wissens- und Kommunikationsgesellschaft pausenlos - täglich, ja stündlich - zu verarbeitenden Informationen steigt ständig. Um die dazu nötigen, immer höheren Geschwindigkeiten zu erreichen, wird die Datenverarbeitung und -übertragung in Zukunft fast ausschließlich auf optischem Wege stattfinden. Eine Entdeckung hallescher Physiker eröffnet hier neue Perspektiven: Winzige Metallpartikel in normalem Glas können durch intensive Laserimpulse dauerhaft verformt werden. Dadurch lassen sich die optischen Eigenschaften des Glases gezielt verändern, und es können Daten gespeichert, aber auch farbige Mikrostrukturen in beliebig geformte Glasbauteile "eingeschrieben" werden. Daraus ergeben sich weitere Anwendungs-möglichkeiten z. B. für die Display- und Glasfaser-technologie, die die Hallenser anhand ausgewählter Exponate auf der Hannover-Messe 2000 vorstellen.
Siegel der Universität Halle mit intensiven Laserimpulsen in silberpartikelhaltiges Glas eingeschrieben. Mit polarisiertem Licht kann jeweils eines der beiden Teilwappen ausgeblendet werden.
Die farbigen Flächen wurden alle mit dem gleichen Laser erzeugt. Die Unterschiede ergeben sich durch Veränderungen von Bestrahlungsintensität und Schreibgeschwindigkeit. Mit polarisiertem Licht lässt sich die Farbe jedes einzelnen Feldes variieren.
Unter der Leitung von Prof. Dr. Heinrich Graener, der 1995 aus Bayreuth nach Halle kam, befassen sich im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 418 seit vier Jahren drei PhysikerInnen (Dipl.-Phys. Monika Kaempfe, Dr. Jens Lange, Dr. Gerhard Seifert) mit dem Thema "Berüh-rungs-lose Verformung metallischer Nanopartikel in Gläsern durch intensive Laserimpulse". Das Ausgangsmaterial ist simples Fensterglas. Am Ende stehen - vielleicht - farbige Flüssigkristalldisplays, nahezu unzerstörbare Speicherplätze für Daten und Bilder oder einfach nur sehr resistente farbige Markierungen in Gläsern der täglichen Verwendung. Dann wäre erfolgreich der Schritt getan von der theoretischen Grundlagenforschung zur praktischen Anwendung auf verschiedensten Gebieten von Wirtschaft und Industrie.
"Wir Physiker müssen uns besser verkaufen", meint Professor Graener, "und damit auch die Universität Halle als attraktiven Forschungsort bekannter machen." Im Hinblick auf die laserinduzierten Farbänderungen sind einige Schritte schon getan: ein Patent ist angemeldet, verschiedene Ergebnisse sind in anwendungsbezogenen Zeitschriften wie "Applied Physics Letters" und "Chemie Ingenieur- Technik" publiziert, auf der Jahrestagung 1999 der VDI-Gesellschaft "Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen" in Leipzig wurde das Projekt ausführlich vorgestellt, und auf der Hannovermesse 2000 werden die Hallenser "ihre" Polarisationsweiche präsentieren - in der Hoffnung, dort interessante und interessierte Praxispartner zu finden.
"Die physikalische Forschung einer jeden Arbeitsgruppe ist wunderschön, letztendlich liefern wir aber nur einzelne Bausteine", so der Leiter der Gruppe. "Uns fallen häufig mögliche Anwendungen ein. Ob diese sich dann auf dem Markt wirklich realisieren lassen oder bei welchen Prozessen die neue Technologie sinnvoll einsetzbar ist - da müssen die Praktiker uns unterstützen. Dazu müssen sie aber erst erfahren, was wir können."
Ein Blick in die "Werkstatt": hinter schwarzem Vorhang teure Technik und farbiges Glas. Bezahlt wurde die rund eine Million Mark für das Ensemble von hintereinandergeschalteten Lasern aus den USA nach Genehmigung des entsprechenden Antrags 1997 aus Hochschulbaufördermitteln, das heißt je zur Hälfte von Bund und Land. Für die Versuchsreihen wird ein scheinbar gleichmäßiger blauer Laserstrahl erzeugt, der in Wirklichkeit aus unzähligen, sehr kurzen Einzelimpulsen zusammengesetzt ist. Allein die schnelle Abfolge bewirkt, dass man diese Einzelimpulse als permanentes blaues Licht wahrnimmt. Ihre konkrete Wirkung hängt davon ab, welche Metallpartikel vorher in das Glas eingebracht wurden und wie hoch die Intensität der Laserstrahlen ist. Es wird mit Silber und Gold experimentiert, das die dünnen Gläser gelb bzw. rubinrot färbt. Experimente an Kupferglas sind in Vorbereitung. In jedem Fall sieht man nach der Bestrahlung unter dem Mikroskop mittels verändertem Polarisationswinkel ganz unterschiedliche Farbeffekte. Anfangs- und Endzustand sind mittlerweile gut dokumentiert - wie die Deformation der Metallpartikel auf dem Weg dazwischen geschieht, wird derzeit erforscht, das neue Experiment dazu gerade aufgebaut.
Wichtige Aspekte für künftige Anwendungen der neuen Technologie sind einerseits der Umstand, dass die Veränderungen mitten im Glas stattfinden (anders als Gravierungen, Ätzungen etc., die vor Beschädigungen nicht sicher sind), andererseits die Tatsache, dass sie berührungslos bei Raumtemperatur realisiert werden. Die erzielten Effekte sind bis zu mehreren hundert C° temperaturbeständig; erst bei über 500 C° würden die Informationen im Glas "gelöscht".
All das wird im März 2000 in Hannover anhand ausgewählter Exponate demonstriert, um den potentiellen neuen Produkten den Weg in den Markt zu bahnen.
Dr. Margarete Wein
Nähere Informationen:
Prof. Dr. Heinrich Graener
FG Experimentelle Physik IX (Optik)
Hoher Weg 8, 06099 Halle (Saale)
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Fax: 0345 / 552 72 21
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