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 Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern
20.06.2018 | Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V.

nachricht Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen
19.06.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Im Focus: Revolution der Rohre

Forscher*innen des Instituts für Sensor- und Aktortechnik (ISAT) der Hochschule Coburg lassen Rohrleitungen, Schläuchen oder Behältern in Zukunft regelrecht Ohren wachsen. Sie entwickelten ein innovatives akustisches Messverfahren, um Ablagerungen in Rohren frühzeitig zu erkennen.

Rückstände in Abflussleitungen führen meist zu unerfreulichen Folgen. Ein besonderes Gefährdungspotential birgt der Biofilm – eine Schleimschicht, in der...

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Breitbandservices von DNS:NET erweitert

20.06.2018 | Unternehmensmeldung

Mit Parasiten infizierte Stichlinge beeinflussen Verhalten gesunder Artgenossen

20.06.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics