Amerikanische Wissenschaftler haben einen Zähler für einzelne Photonen hergestellt. Da dieser im Wesentlichen aus einem mit kleinen Halbleiterkristallen angereicherten Transistor besteht, könnte das neue Gerät relativ einfach in optoelektronische Schaltkreise integriert werden. Ein mögliches Anwendungsgebiet ist die sichere Übertragung von Informationen mittels quantenmechanisch gekoppelten Photonen.
Der von Richard Mirin und seinen Kollegen vom National Institute of Standards and Technology hergestellte Photonenzähler gleicht auf den ersten Blick einem herkömmlichen Transistor mit den üblichen drei Kontakten. Dessen leitende Schicht ist allerdings in auf zwei verschiedene Arten modifiziert: Zum einen enthält sie einen dünnen Film aus Galliumarsenid, in dem Photonen mit einer Wellenlänge von ungefähr 800 Nanometern absorbiert werden können. Zum anderen ist die Schicht mit etwa 1.000 kleinen Quantenpunkten, winzigen Halbleiterkristallen, angereichert.
Wenn nun ein Photon in der Galliumarsenidschicht absorbiert wird, so entsteht dabei ein Elektron-Loch Paar. Während das Elektron zu einer der Elektroden des Transistors hin abgesaugt wird, wird das Loch von einem der Quantenpunkte eingefangen. Die mit Löchern angereicherten Quantenpunkte erhöhen dann die Leitfähigkeit des Transistors und somit den durch in fließenden elektrischen Strom ? um etwa 0,2 Nanoampere pro Loch und somit pro Photon. In der Pilotstudie zeigen die Forscher, wie auf diese Weise ein, zwei oder drei absorbierte Photonen nachgewiesen werden können.
Die Forscher wollen nun darangehen, Transistoren herzustellen, die Infrarotphotonen im Telekommunikationsbereich zählen können. Dazu müssen im Prinzip nur andere Halbleiter in der absorbierenden Schicht sowie in den Quantenpunkten eingesetzt werden. Die Herstellung wird allerdings wohl materialbedingt komplizierter sein als die der Photonenzähler in der Pilotstudie.
Nature Photonics, Bd. 1, S. 585 Stefan Maier
