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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Schritt in Richtung "Licht-Computer" |
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| | | Physiker wollen in Zukunft Computer bauen, deren Bauteile miteinander via Lichtteilchen kommunizieren. Forscher der Universität Linz haben nun eine wichtige Voraussetzung dafür geschaffen. |
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Hemmschuh Silizium |
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Informationen über Lichtteilchen (Photonen) zu versenden, ist mittlerweile keine Hexerei mehr. Dies geschieht in jedem Glasfaserkabel. Doch was über große Distanzen rasend schnell und zuverlässig funktioniert, scheitert im Kleinen, so Patrick Rauter von der Uni Linz. Eine sogenannte "Chip-to-chip-Kommunikation" ausschließlich mittels Licht ist derzeit für die Datenverarbeitung noch nicht machbar.
Ein Hauptproblem dabei ist, dass Silizium aufgrund seiner Halbleiterstruktur keine Photonen auf konventionellem Weg erzeugt. "Unkonventionell könnte es aber schon gehen" - und genau an einer solchen Lösung arbeitet das Team um Thomas Fromherz vom Linzer Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik .
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Quantenspringerei im Halbleiter |
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Die Lösung wäre ein "Quantenkaskadenlaser" auf Basis einer Silizium-Germanium-Heterostruktur. Dabei wird das Halbleitermaterial Silizium mit Schichten von Germanium versorgt, diese Mischung könnte die Erzeugung von Laserlicht im Infrarotbereich durch quantenphysikalische Effekte erlauben.
Damit die Sache funktioniert, müssen die Ladungsträger zwischen verschiedenen Energieniveaus hin und herspringen und dabei aber eine bestimmte Zeit im oberen Niveau verbleiben. "Die Länge dieses Zeitraums gilt als wichtige Größe für den Quantenkaskadenlaser, da die Verweildauer der Ladungsträger im angeregten Zustand mit der Möglichkeit zur Emission von Licht eng zusammenhängt", so Rauter.
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Verweile doch, du bist zu schnell |
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Durch einen sogenannten Freie-Elektronen-Laser, dessen Strahl in Pikosekundenlänge gepulst werden kann, ist es den Physikern nun gelungen, die Verweildauer zu messen. Mit einem ersten Strahl wurden die Ladungsträger im Silizium-Germanium angeregt, der zweite diente dann zur Messung. Um die Verweildauer zu verlängern, legten die Forscher ein äußeres elektrisches Feld an die Probe an.
Die Veränderung dieses Feldes erlaubte es ihnen, die Rückfallzeit der Ladungsträger zwischen zwölf und 25 Pikosekunden stufenlos zu regulieren. "Tatsächlich konnten wir den entsprechenden Zeitraum verdoppeln, ein vielversprechendes Ergebnis", so Rauter.
Die entsprechende Studie wurde in den "Physical Review Letters" (Bd. 102, S. 147401) publiziert - sie ist Teil des Spezialforschungsbereichs IR-ON (InfraRed Optical Nanostructures) des Wissenschaftsfonds FWF.
Im Rahmen dieser Initiative befassen sich insgesamt zehn Arbeitsgruppen aus Österreich und Deutschland mit Silizium-Germanium-Verbindungen, deren Nanostrukturen den Einsatz optoelektronischer Chips ermöglichen sollen.
[science.ORF.at/APA, 14.4.09]
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01.01.2010 |
