Grundlagenforschung

Forscher bauen die kleinste Glühbirne der Welt

Amerikanische Physiker haben die bislang kleinste Glühlampe gebaut: Der Glühfaden besteht aus einem einzigen, feinen Kohlenstoffnanoröhrchen und ist nur ein tausendstel Millimeter lang.

Stromnetz Ausbau© Gina Sanders / Fotolia.com

College Park (ddp/red) - Legen die Forscher um Yuwei Fan von der Universität von Kalifornien in Los Angeles elektrischen Strom an, so glimmt die Glühbirne gleichmäßig im sichtbaren Spektralbereich des Lichts. Der kleine Lichtpunkt ist mit bloßem Auge zu sehen. Das winzige Bauteil ist bislang allerdings nur für die Grundlagenforschung interessant, berichten die Forscher im Fachmagazin "Physical Review Letters" (Online-Vorabveröffentlichung, doi: 10.1103/PhysRevLett.102.187402).

Die Forscher legten auf eine elektrisch isolierende Schicht aus Siliziumnitrid ein Kohlenstoffnanoröhrchen. Dieses war rund 1,4 Mikrometer (tausendstel Millimeter) lang und hatte mit 13 Nanometern einen nochmal hundertfach kleineren Durchmesser. Die Wand des Nanoröhrchens hatte ein besonderes Merkmal: Sie bestand aus elf Schichten. Dies sieht von der Öffnung aus betrachtet so aus, als wären elf Röhrchen ineinander geschoben. An beiden Enden kontaktierten die Forscher den Glühfaden mit Gold und Palladium. Bei einer Spannung von vier Volt leuchtete das Nanolämpchen.

Der Glühfaden selbst ist mit bloßem Auge und auch mit einem guten Lichtmikroskop nicht zu sehen. Die Forscher untersuchten das Nanoelement daher mit einem Elektronenmikroskop. Erst mit dem Leuchten nimmt das menschliche Auge den Ort des Lämpchens wahr. Mit einer Digitalkamera analysierten die Forscher die Lichtabstrahlung.

An diesem Licht hatten die Physiker ein fundamentales Interesse: Zu ihrer Überraschung zeigte sich, dass die Nanolampe nach den gleichen physikalischen Gesetzen leuchtet wie die Haushaltsglühbirne. Die Forscher hatten erwartet, dass sich mit zunehmender Miniaturisierung andere, sogenannte quantenmechanische Effekte einstellen. Diese treten dann zutage, wenn die Abmaße von Bauteilen immer kleiner und atomare Vorgänge wichtiger werden. Gegenüber der ersten Glühlampe von Thomas Edison ist der Nanoglühfaden viele tausend Mal schmaler und kürzer. Auch Edison hatte als Ausgangsmaterial Kohlenstofffäden gewählt.