Optische transistor bestaat uit één molecuul dat licht kan verstrooien of doorlaten

De optische transistor is verkleind tot moleculair niveau. Zwitserse natuurkundigen hebben daarmee een belangrijke stap gezet naar de supersnelle optische computer.

De optische computer kan informatie opslaan en manipuleren met behulp van lichtdeeltjes (fotonen) in plaats van met elektronen. De optische computer heeft voordelen boven de bestaande computers waarin de chips met elektronische schakelingen werken. Fotonen zijn namelijk niet alleen veel sneller dan elektronen, ze zijn ook makkelijk over grote afstanden door te geven (Nature, 2 juli).

Transistoren werken bijvoorbeeld als schakelaar of versterker. In het algemeen kunnen er elektrische signalen mee worden gemanipuleerd. Met een kleine spanning of stroom als ‘sturende puls’ kunnen ze een veel grotere spanning of stroom afgeven of doorgeven. Het is niet eenvoudig om dat met licht te doen, doordat fotonen geen wisselwerking met elkaar hebben.

Vahid Sandoghdar en zijn collega’s van de ETH in Zürich gebruikten een kleurstofmolecuul, afgekoeld tot vlak boven het absolute nulpunt. Dan zit dat molecuul in zijn laagste energetische toestand. Wanneer het molecuul wordt beschoten met licht (fotonen) van de juiste kleur komt het in een hogere energietoestand. Het foton gaat daarbij verloren. Na korte tijd keert het molecuul echter weer terug naar de grondtoestand, waarbij het foton in een willekeurige richting wordt uitgezonden. Het effect is dat het molecuul de fotonen niet doorlaat maar verstrooit.

De transistorwerking ontstaat nu door het molecuul met behulp van fotonen van een andere kleur naar een andere aangeslagen toestand te ‘promoveren’. In de tekening is dat voorgesteld alsof het molecuul is omgeklapt en niet meer als ‘spiegel’ werkt. Zolang het zich in die toestand bevindt, absorbeert het molecuul de oorspronkelijke fotonen niet, zodat die worden doorgelaten. Het effect is nog niet erg sterk en bovendien is het koelen erg onpraktisch. Maar het principe van deze methode is volgens een begeleidend commentaar zo algemeen toepasbaar, dat het mogelijk moet zijn een praktische optische transistor te realiseren.