Leuvense onderzoekers doorbreken ‘magische grens’.

Lineaire moleculen met een benzeen- en een thiofeenring vertonen de hoogste hyperpolariseerbaarheid die ooit is gemeten, zo schrijven Leuvense onderzoekers in Optics Letters van 1 januari. Concreet wil dat zeggen dat die moleculen onder invloed van een elektrisch signaal een laserbundel zeer efficiënt in stukjes kunnen knippen. Men hoopt ze te kunnen verwerken in elektro-optische modulatoren, die de brug slaan van elektronica naar glasvezelkabel.

“Al twintig jaar weet men dat organische moleculen veel sneller op licht reageren dan anorganische materialen”, legt de Leuvense hoogleraar Koen Clays uit. “Zelf geven ze geen licht. Maar als je er een elektrisch signaal op zet, zeg maar nulletjes en eentjes, dan zetten ze de continue lichtbundel van een diodelaser om in een stroom van lichtflitsjes. Dat kan met 150 gigabit per seconde, ongeveer veertigduizend keer sneller dan een eenvoudige ADSL-verbinding.”

Het probleem was tot nu toe dat de efficiëntie van zo’n molecuul nooit hoog genoeg was. In 2000 vond Mark Kuzyk (Washington State University) een theoretisch plafond voor de intensiteit van het uitgaande licht, gedicteerd door kwantumeffecten. Dat maximum bleek echter een factor dertig hoger dan alles wat men experimenteel had gevonden. Theoretisch was deze ‘Kuzyk Gap’ niet uit te leggen.

In Leuven heeft postdoc Yuxia Zhao nu inderdaad moleculen met hogere lichtopbrengsten gesynthetiseerd. “We konden dat eerst niet verklaren”, vertelt Clays. “Maar deze zomer verbleef Kuzyk bij ons als gasthoogleraar, en toen legde hij zijn ‘verkeersdrempeltheorie’ uit. Elektronen hoeven zich tijdens het schakelen niet zo snel door het molecuul te bewegen. Voor een sterk lichtsignaal is het vooral belangrijk dat ze zeer intens interageren met het materiaal. Vergelijk het met snelheidsdrempels, die zorgen voor interactie met de weg. Toen dachten wij ineens: hé, dát hebben we dus gemeten.”

Cruciaal lijkt dat de nieuwe moleculen vrij lang zijn, en dat er veel afwisseling in de atoomstructuren zit. Clays hoopt dat de lichtopbrengst nu voldoende is om een onversterkt signaal uit een computer te moduleren. Voor de praktische uitwerking zal samenwerking met ingenieurs nodig zijn.

Bron: C2W1