Glühbirnen, LEDs und CFLs müssen vielleicht bald weichen, denn eine neue Beleuchtungstechnologie ist in der Stadt – weiße Laser. Ein Team von Wissenschaftlern der Arizona State University (ASU) hat mit Hilfe der Nanotechnologie ein maßgeschneidertes halbleitendes Material entwickelt, das weißes Licht erzeugen kann, das heller und effizienter als LEDs ist.

Laser sind eine ironische Technologie. Der 1960 erfundene Laser wurde als Lösung für ein Problem gepriesen, das nur zwei offensichtliche Anwendungsbereiche hatte: Todesstrahlen und Beleuchtung. Heute treiben Laser alles an, von DVD-Playern bis zum Internet, während die Todesstrahlen gerade erst auf den Markt kommen und die Beleuchtung, die ebenfalls neu auf der Bildfläche erscheint, weitgehend auf Scheinwerfer beschränkt ist. Letztere, wie die Laserscheinwerfer von Audi, verwenden keine weißen Laser im eigentlichen Sinne, sondern kombinieren linsenförmige blaue Laser mit LEDs.

Auf den ersten Blick scheinen Laser eine großartige Idee für die Beleuchtung zu sein. Sie sind sehr hell, effizient und können einen Strahl bilden, der Millionen von Kilometern zurücklegen kann und sich nur wenige Meter ausbreitet. Allerdings gibt es ein Problem: Laser können kein weißes Licht erzeugen.

Im Jahr 2011 erzeugte das Sandia National Laboratory weißes Licht, indem es vier große Laser zu einem einzigen Strahl kombinierte, doch handelte es sich dabei nur um eine Demonstration des Konzepts und nicht um ein praktisches System.

ASU/Nature Nanotechnology

Der Durchbruch kam von der Ira A. Fulton Schools of Engineering, wo Wissenschaftler einen Halbleiterlaser entwickelt haben, der das gesamte sichtbare Farbspektrum abdecken kann. Normalerweise erzeugen Halbleiter nur eine einzige Wellenlänge des Lichts, doch das ASU-Team entwickelte eine Halbleiterplatte im Nanomaßstab auf der Grundlage einer quaternären Legierung aus ZnCdSSe, die in drei Segmente unterteilt ist. Diese erzeugen rote, grüne und blaue Laser, die zusammen ein rein weißes Licht erzeugen.

Das Team erreichte dies, indem es das Gittermuster des Materials anpasste, so dass die „Gitterkonstante“ oder der Abstand zwischen den Atomen im Muster so eingestellt wurde, dass die gewünschte Fläche erzeugt wurde. Laut Teammitglied Zhicheng Liu bestand die Schwierigkeit darin, sicherzustellen, dass die Halbleiterkristalle von ausreichend hoher Qualität sind und die Gitter auf einer bestimmten Fläche gleichmäßig sind. Die schwierigste Herausforderung bestand darin, das Material dazu zu bringen, blau zu leuchten, was durch den Einsatz von Nanotechnologie erreicht wurde, die zunächst das gewünschte Gitter erzeugte und es dann in die richtige Legierungszusammensetzung brachte. Das Ergebnis war ein einziges Material mit drei verschiedenen Gittern und Zusammensetzungen.

Das Team der ASU sieht mehrere Anwendungen für den weißen Laser, sobald er praktisch wird. Die offensichtlichste ist die Beleuchtung. Der neue Laser kann nicht nur weißes Licht erzeugen, sondern ist auch vollständig über das gesamte Spektrum abstimmbar – so dass er jede gewünschte Farbe ausstrahlen kann – und ist heller und effizienter als LEDs. Eine weitere Anwendung ist der Einsatz in Fernsehern und Computermonitoren. Den Forschern zufolge hat der Laser einen um 70 Prozent größeren Farbbereich, der genauer und lebendiger ist. Darüber hinaus könnte er für eine lichtbasierte Version von Wi-Fi (oder Li-Fi) verwendet werden. Ein solches System wäre zehnmal schneller als Wi-Fi und zehn- bis 100-mal schneller als experimentelle LED-Systeme.

Der weiße Laser befindet sich derzeit in der Phase des Konzeptnachweises, und es müssen noch einige Hürden überwunden werden, bevor die Technologie in die Praxis umgesetzt werden kann. Nach Angaben des Teams besteht die größte Hürde darin, das System mit einer Batterie zu betreiben. In seiner jetzigen Form läuft das Material mit einem separaten Laser, der Elektronen in den Halbleiter pumpt.

Die Ergebnisse des Teams wurden in Nature Nanotechnology veröffentlicht.