Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Material für schnellere Elektronik

27.06.2011
Das neuartige Material Graphen verspricht schnellere optische und elektronische Bauteile zu ermöglichen.

An der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität (TU) Wien konnten Lichtdetektoren aus Graphen erzeugt und erstmals genau analysiert werden.


Graphen: Durch Lichteinstrahlung werden Ladungsträger freigesetzt und Strom beginnt zu fließen. Copyright F. Aigner / TU Wien

Es ist ein Material, in das die Wissenschaft große Hoffnung setzt: Graphen, eine wabenförmige Kohlenstoffstruktur aus nur einer einzigen Atomschicht, zeigt bemerkenswertes physikalisches Verhalten. 2010 wurde für seine Entdeckung der Physiknobelpreis vergeben. Am Institut für Photonik der TU Wien interessiert man sich besonders für die optischen und elektronischen Eigenschaften dieses Materials. Die TU-Wissenschaftler konnten nun zeigen, wie außerordentlich rasch Graphen Lichtpulse in elektrische Signale umwandelt. Damit könnte der Datenaustausch zwischen Computern entscheidend verbessert werden. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal "Nano Letters" veröffentlicht.

Lichtpulse in Strom umwandeln

Wenn man Daten durch Lichtpulse überträgt, wie das etwa in einem Glasfaserkabel geschieht, dann müssen diese Pulse anschließend in elektrische Signale verwandelt werden, die der Computer weiterverarbeiten kann. Diese Umwandlung von Licht in elektrischen Strom geschieht über den Photoelektrischen Effekt, den Albert Einstein erklärte. Trifft Licht auf bestimmte Materialien, können Elektronen plötzlich aus ihrem festen Platz gelöst werden und sich frei bewegen – elektrischer Strom beginnt zu fließen. „Solche Lichtdetektoren, die mit elektrischen Signalen auf Lichtbestrahlung reagieren, gibt es schon lange. Wenn man sie allerdings aus Graphen herstellt, reagieren sie auf das Licht wesentlich schneller als andere Materialien das können“, erklärt Alexander Urich, der gemeinsam mit Thomas Müller und Professor Karl Unterrainer an der TU Wien die elektrischen und optischen Eigenschaften von Graphen untersuchte.

Analyse mit ultrakurzen Laserpulsen

Dass Graphen in der Lage ist, Licht ungeheuer schnell in elektrische Signale umzuwandeln, konnte Thomas Müller schon im Vorjahr zeigen. Die genaue Reaktionszeit des Materials konnte zunächst aber noch nicht genau bestimmt werden – der Photoeffekt in Graphen läuft schneller ab, als man mit herkömmlichen elektronischen Methoden messen konnte. Erst jetzt konnte mit aufwändigen technischen Tricks Genaueres über das Material ermittelt werden: Bei den Experimenten an der TU Wien werden kurz hintereinander zwei ultrakurze Laserpulse auf den Graphen-Photodetektor abgefeuert, gemessen wird der Strom, der dabei entsteht.. Variiert man den zeitlichen Abstand zwischen den Lichtpulsen, so lässt sich feststellen, mit welcher maximalen Frequenz die Detektoren betrieben werden können. „Mit Hilfe dieser Methode konnten wir zeigen, dass die von uns hergestellten Detektoren bis zu einer Frequenz von 262 GHz verwendet werden können“, sagt Thomas Müller (TU Wien). Damit läge die theoretisch erreichbare Obergrenze der Datenübertragung mit Graphen-Photodetektoren bei mehr als 30 Gigabyte pro Sekunde. Inwieweit das technisch umsetzbar ist, wird sich erst zeigen, doch das Resultat verdeutlicht das große Potential von Graphen für besonders schnelle optoelektronische Bauteile.

Schnelles Signal – schnell wieder vorbei

Der wesentliche Grund für die hohen Frequenzen, die man mit den neuartigen Licht-Detektoren erreichen kann, ist die kurze Lebensdauer der Ladungsträger in Graphen. Die Elektronen, die durch das Licht aus ihrem Platz gelöst werden und zum elektrischen Stromfluss beitragen, suchen sich schon nach wenigen Picosekunden (Millionstel einer Millionstelsekunde, 10^(-12) Sekunden) einen neuen, festen Platz – und sobald das geschehen ist, kann auch schon das nächste Lichtsignal kommen, neue Photoelektronen herauslösen und das nächste elektrisches Signal erzeugen.

Die schnelle „Reaktionszeit“ von Graphen ist ein weiterer Eintrag auf der Liste der bemerkenswerten Eigenschaften des Materials. In Graphen können sich außerdem elektrische Ladungsträger außerordentlich weit bewegen, ohne gestört zu werden. Graphen kann Licht vom infraroten bis zum sichtbaren Bereich des Spektrums absorbieren – im Gegensatz zu gewöhnlichen Halbleitern, die nur auf einen schmalen Bereich des Spektrums beschränkt sind. Außerdem kann Graphen Wärme extrem gut leiten und kann mit ungeheurer Kraft gespannt werden, ohne zu reißen.

Originalpublikation:
A. Urich, K. Unterrainer, T. Müller; Intrinsic Response Time of Graphene Photodetectors, Nano Letters (2011), DOI: 10.1021/nl2011388
Rückfragehinweis:
Dipl. Phys. Alexander Urich
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien
T: +43-1-58801-38785
alexander.urich@tuwien.ac.at
Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

Dr. Florian Aigner | Technische Universität Wien
Weitere Informationen:
http://www.tuwien.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht CAU-Forschungsteam entwickelt neues Verbundmaterial aus Kohlenstoffnanoröhren
22.11.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Material mit vielversprechenden Eigenschaften
22.11.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Reibungswärme treibt hydrothermale Aktivität auf Enceladus an

Computersimulation zeigt, wie der Eismond Wasser in einem porösen Gesteinskern aufheizt

Wärme aus der Reibung von Gestein, ausgelöst durch starke Gezeitenkräfte, könnte der „Motor“ für die hydrothermale Aktivität auf dem Saturnmond Enceladus sein....

Im Focus: Frictional Heat Powers Hydrothermal Activity on Enceladus

Computer simulation shows how the icy moon heats water in a porous rock core

Heat from the friction of rocks caused by tidal forces could be the “engine” for the hydrothermal activity on Saturn's moon Enceladus. This presupposes that...

Im Focus: Kleine Strukturen – große Wirkung

Innovative Schutzschicht für geringen Verbrauch künftiger Rolls-Royce Flugtriebwerke entwickelt

Gemeinsam mit Rolls-Royce Deutschland hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS im Rahmen von zwei Vorhaben aus dem...

Im Focus: Nanoparticles help with malaria diagnosis – new rapid test in development

The WHO reports an estimated 429,000 malaria deaths each year. The disease mostly affects tropical and subtropical regions and in particular the African continent. The Fraunhofer Institute for Silicate Research ISC teamed up with the Fraunhofer Institute for Molecular Biology and Applied Ecology IME and the Institute of Tropical Medicine at the University of Tübingen for a new test method to detect malaria parasites in blood. The idea of the research project “NanoFRET” is to develop a highly sensitive and reliable rapid diagnostic test so that patient treatment can begin as early as possible.

Malaria is caused by parasites transmitted by mosquito bite. The most dangerous form of malaria is malaria tropica. Left untreated, it is fatal in most cases....

Im Focus: Transparente Beschichtung für Alltagsanwendungen

Sport- und Outdoorbekleidung, die Wasser und Schmutz abweist, oder Windschutzscheiben, an denen kein Wasser kondensiert – viele alltägliche Produkte können von stark wasserabweisenden Beschichtungen profitieren. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben Forscher um Dr. Bastian E. Rapp einen Werkstoff für solche Beschichtungen entwickelt, der sowohl transparent als auch abriebfest ist: „Fluoropor“, einen fluorierten Polymerschaum mit durchgehender Nano-/Mikrostruktur. Sie stellen ihn in Nature Scientific Reports vor. (DOI: 10.1038/s41598-017-15287-8)

In der Natur ist das Phänomen vor allem bei Lotuspflanzen bekannt: Wassertropfen perlen von der Blattoberfläche einfach ab. Diesen Lotuseffekt ahmen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

IfBB bei 12th European Bioplastics Conference mit dabei: neue Marktzahlen, neue Forschungsthemen

22.11.2017 | Veranstaltungen

Zahnimplantate: Forschungsergebnisse und ihre Konsequenzen – 31. Kongress der DGI

22.11.2017 | Veranstaltungen

Tagung widmet sich dem Thema Autonomes Fahren

21.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Zellen auf Wanderschaft: Falten in der Zellmembran liefern Material für nötige Auswölbungen

23.11.2017 | Biowissenschaften Chemie

Magnetfeld-Sensor Argus „sieht“ Kräfte im Bauteil

23.11.2017 | Physik Astronomie

Max-Planck-Princeton-Partnerschaft in der Fusionsforschung bestätigt

23.11.2017 | Physik Astronomie