Forschern ist es gelungen, Elektronen mithilfe von zwei Lasern in eine gewählte Richtung zu lenken. Zur Erzeugung dieser Bewegung ist kein externes elektrisches Feld nötig. Das Experiment zeigt, dass ein Strom allein durch Licht gesteuert werden kann.
In einem Halbleiter kann Licht genügend Energie liefern, um Elektronen in Bewegung zu versetzen. Das Problem ist, dass sie normalerweise in alle Richtungen davonfliegen. Ihre Bewegungen heben sich dann gegenseitig auf, was die Bildung eines Nettostroms verhindert.
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Um diese Aufhebung zu vermeiden, nutzte das Team der University of Michigan zwei Laserimpulse unterschiedlicher Farben. Diese Impulse wurden mit hoher Präzision abgestimmt, um gemeinsam auf die Elektronen des Materials einzuwirken.
Dasselbe Elektron konnte die nötige Energie auf zwei Arten erhalten. Es konnte entweder zwei Photonen der einen Art absorbieren oder drei Photonen mit einer anderen Energie. Ein Photon ist die kleinste Energiemenge, die Licht transportiert.
Diese beiden möglichen Wege überlagern sich in einem Phänomen namens Quanteninterferenz. Ihre Wirkung kann sich in einer Richtung verstärken und in der entgegengesetzten Richtung abschwächen. Dadurch bewegen sich mehr Elektronen in dieselbe Richtung, was einen gerichteten Strom erzeugt.
Die Forscher steuern diese Richtung, indem sie den Versatz zwischen den Schwingungen der beiden Laser verändern. Diese Einstellung, die relative Phase genannt wird, erlaubt es, die Ausrichtung des Stroms zu drehen. Die Elektronen verhalten sich dabei wie der Strahl eines Scheinwerfers, den man lenkt, ohne das Trägermaterial zu bewegen.
Die Methode erzeugt außerdem eine konzentriertere Bewegung als manche früheren Experimente. Statt sich weit zu verteilen, sammeln sich die Elektronen stärker um die gewählte Richtung. Diese Eigenschaft könnte ihre Kontrolle in künftigen Geräten erleichtern.
Die Forscher erwägen Anwendungen in Bauteilen, die Licht und Elektronik verbinden. Diese Steuerung könnte für Telekommunikation, Sensoren oder die Informationsverarbeitung von Interesse sein. Weitere Versuche müssen ihren Verbrauch, ihre Stabilität und ihre Kompatibilität mit miniaturisierten Chips messen.