Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Blitzschneller Schalter für Elektronenwellen

13.12.2016

Forscher der Universität Regensburg und der Scuola Normale Superiore di Pisa haben einen superschnellen Schalter für Elektronenwellen entwickelt, welcher es erlauben könnte, künftige Elektronik um ein Vielfaches zu beschleunigen.

Der charakteristische Glanz von Metallen wird durch Elektronen hervorgerufen, die sich im Materialinneren frei bewegen können und einfallendes Licht reflektieren. Ähnlich Wasserwellen auf einem Teich können auch auf der Oberfläche dieses Elektronensees Wellen entstehen - sogenannte Oberflächenplasmonen.


Wellen im Plasma des schwarzen Phosphors (unten) breiten sich ausgehend vom den Punkt ihrer Anregung aus und versetzen auch das umgebende Siliziumdioxid (oben) in Schwingung.

Foto: Fabian Mooshammer

Anstatt eines Steins, den man ins Wasser wirft, benutzt man im Labor Licht, um Oberflächenplasmonen zu erzeugen. Wird Licht auf eine scharfe Metallspitze von der Größe weniger Nanometer gebündelt, so breiten sich ausgehend von dieser Spitze winzige kreisförmige Oberflächenwellen aus. Ein Nanometer ist hierbei nur etwa zehnmal so groß wie der Durchmesser eines Atoms.

Diese Miniaturwellen könnten in künftigen kompakten elektronischen Bauteilen zum Einsatz kommen, um digitale Information blitzschnell zu transportieren. Allerdings gab es bisher keine Möglichkeit, solche Oberflächenwellen ultraschnell ein- und auszuschalten. In der konventionellen Elektronik wird eine analoge Aufgabe von sogenannten Transistoren wahrgenommen.

Einem Forscherteam um Professor Rupert Huber, Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg, ist es in Kooperation mit Kollegen aus Pisa nun erstmals gelungen, Wellen im Elektronensee tatsächlich ultraschnell ein- und auszuschalten und damit eine wichtige Grundlage für künftige Plasmaelektronik zu legen.

Die Physiker verwendeten hierfür allerdings kein Metall, auf welchem Elektronenwellen stets präsent sind. Vielmehr kam eine ausgeklügelte Schichtstruktur basierend auf einem Halbleiter zum Einsatz. Halbleiter wie Silizium sind die Materialien, aus denen Computerchips bestehen.

Bei dem hier verwendeten Halbleiter handelt es sich um ein besonders modernes Material: sogenannten schwarzen Phosphor. Durch Einstrahlen eines intensiven Lichtblitzes können darin frei bewegliche Elektronen erst erzeugt werden. Ohne diese sind keine Oberflächenwellen vorhanden und die Struktur ist „ausgeschaltet“. Sobald allerdings der erste Laserimpuls die frei beweglichen Elektronen erzeugt hat, können mit einem darauffolgenden Impuls die Oberflächenplasmonen von der Spitze aus losgeschickt werden.

Um zu testen, wie schnell dieser Schaltvorgang werden kann, aktivierte das Regensburger Team um Prof. Dr. Rupert Huber Oberflächenplasmonen mit ultrakurzen Lichtblitzen mit Zeitdauern von nur wenigen Femtosekunden. Eine Femtosekunde ist die unvorstellbar kurze Zeitspanne eines millionsten Teils einer Milliardstel Sekunde, also 0, 000 000 000 000 001 Sekunden.

Mit einem weltweit einzigartigen superschnellen und hochauflösenden Mikroskop verfolgten die Forscher anschließend direkt in extremer Zeitlupe, wie sich die Plasmonwelle ausbreitet. Dabei war klar zu erkennen, dass die Schaltzeiten auf der Femtosekunden-Zeitskala lagen und somit um viele Größenordnungen schneller als die schnellsten existierenden Transistoren waren. Eine angenehme Überraschung war, dass die Wellenlänge der Oberflächenwellen fast unabhängig von der Leistung des einschaltenden Lasers ist.

Diese Ergebnisse sind äußerst ermutigend für künftige ultraschnelle Elektronik auf Basis von Oberflächenplasmonen. Im nächsten Schritt werden die Regensburger Forscher erste funktionsfähige plasmonische Bauelemente testen – ab sofort auf der Femtosekunden-Zeitskala.

Das neuartige Prinzip wird in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Nature Nanotechnology“ vorgestellt (DOI: 10.1038/NNANO.2016.261)

Ansprechpartner für Medienvertreter:
Prof. Dr. Rupert Huber
Universität Regensburg
Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik
Telefon: 0941 943-2070
E-Mail: Rupert.Huber@ur.de

Claudia Kulke | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-regensburg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau
17.11.2017 | Universität Ulm

nachricht Zwei verdächtigte Sterne unschuldig an mysteriösem Antiteilchen-Überschuss
17.11.2017 | Max-Planck-Institut für Kernphysik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Ultrakalte chemische Prozesse: Physikern gelingt beispiellose Vermessung auf Quantenniveau

Wissenschaftler um den Ulmer Physikprofessor Johannes Hecker Denschlag haben chemische Prozesse mit einer beispiellosen Auflösung auf Quantenniveau vermessen. Bei ihrer wissenschaftlichen Arbeit kombinierten die Forscher Theorie und Experiment und können so erstmals die Produktzustandsverteilung über alle Quantenzustände hinweg - unmittelbar nach der Molekülbildung - nachvollziehen. Die Forscher haben ihre Erkenntnisse in der renommierten Fachzeitschrift "Science" publiziert. Durch die Ergebnisse wird ein tieferes Verständnis zunehmend komplexer chemischer Reaktionen möglich, das zukünftig genutzt werden kann, um Reaktionsprozesse auf Quantenniveau zu steuern.

Einer deutsch-amerikanischen Forschergruppe ist es gelungen, chemische Prozesse mit einer nie dagewesenen Auflösung auf Quantenniveau zu vermessen. Dadurch...

Im Focus: Leoniden 2017: Sternschnuppen im Anflug?

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde und des Hauses der Astronomie in Heidelberg

Die Sternschnuppen der Leoniden sind in diesem Jahr gut zu beobachten, da kein Mondlicht stört. Experten sagen für die Nächte vom 16. auf den 17. und vom 17....

Im Focus: «Kosmische Schlange» lässt die Struktur von fernen Galaxien erkennen

Die Entstehung von Sternen in fernen Galaxien ist noch weitgehend unerforscht. Astronomen der Universität Genf konnten nun erstmals ein sechs Milliarden Lichtjahre entferntes Sternensystem genauer beobachten – und damit frühere Simulationen der Universität Zürich stützen. Ein spezieller Effekt ermöglicht mehrfach reflektierte Bilder, die sich wie eine Schlange durch den Kosmos ziehen.

Heute wissen Astronomen ziemlich genau, wie sich Sterne in der jüngsten kosmischen Vergangenheit gebildet haben. Aber gelten diese Gesetzmässigkeiten auch für...

Im Focus: A “cosmic snake” reveals the structure of remote galaxies

The formation of stars in distant galaxies is still largely unexplored. For the first time, astron-omers at the University of Geneva have now been able to closely observe a star system six billion light-years away. In doing so, they are confirming earlier simulations made by the University of Zurich. One special effect is made possible by the multiple reflections of images that run through the cosmos like a snake.

Today, astronomers have a pretty accurate idea of how stars were formed in the recent cosmic past. But do these laws also apply to older galaxies? For around a...

Im Focus: Pflanzenvielfalt von Wäldern aus der Luft abbilden

Produktivität und Stabilität von Waldökosystemen hängen stark von der funktionalen Vielfalt der Pflanzengemeinschaften ab. UZH-Forschenden gelang es, die Pflanzenvielfalt von Wäldern durch Fernerkundung mit Flugzeugen in verschiedenen Massstäben zu messen und zu kartieren – von einzelnen Bäumen bis hin zu ganzen Artengemeinschaften. Die neue Methode ebnet den Weg, um zukünftig die globale Pflanzendiversität aus der Luft und aus dem All zu überwachen.

Ökologische Studien zeigen, dass die Pflanzenvielfalt zentral ist für das Funktionieren von Ökosys-temen. Wälder mit einer höheren funktionalen Vielfalt –...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungen

Roboter für ein gesundes Altern: „European Robotics Week 2017“ an der Frankfurt UAS

17.11.2017 | Veranstaltungen

Börse für Zukunftstechnologien – Leichtbautag Stade bringt Unternehmen branchenübergreifend zusammen

17.11.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Technologievorsprung durch Textiltechnik

17.11.2017 | Veranstaltungsnachrichten

IHP präsentiert sich auf der productronica 2017

17.11.2017 | Messenachrichten

Roboter schafft den Salto rückwärts

17.11.2017 | Innovative Produkte