Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher der TU Darmstadt entwickeln revolutionären Terahertz-Sender

12.01.2012
Ein an der TU Darmstadt entwickelter Terahertz-Sender erzeugt die höchste Terahertz-Frequenz, die jemals von einem elektronischen Sender erreicht wurde.

Gleichzeitig ist der neuartige Sender winzig klein und funktioniert bei Raumtemperatur – damit könnte er neuen Anwendungen der Terahertz-Strahlung den Weg ebnen, etwa bei der zerstörungsfreien Materialprüfung oder der medizinischen Diagnostik.


Der Darmstädter Terahertz-Sender emittiert die Rekordfrequenz von 1,111 Terahertz. Bei der Miniaturisierung ihres Bauelementes gingen die Forscher an die Grenze des technsich Machbaren.
Foto: TU Darmstadt

Mithilfe einer Strahlung, die alltägliche Materialien wie Kunststoff, Papier, Textilien oder Keramiken durchdringt, ließe sich die Qualität eines Werkstückes zerstörungsfrei prüfen; Verbrennungsprozesse könnten in einem laufenden Motor analysiert, Postpakete und Briefe auf gefährliche biologische Substanzen geprüft werden, ohne sie öffnen zu müssen. All das möglich machen könnte die Terahertz (THz)-Strahlung, deren Wellenlänge zwischen einem Zehntelmillimeter und einem Millimeter liegt. Im Alltag von Forschung und Entwicklung ist die Terahertz-Strahlung jedoch noch nicht angekommen – sowohl Sender als auch Empfänger von Terahertz-Strahlung sind bislang sehr groß und sehr teuer.

Das könnte bald anders werden: Darmstädter Physiker und Ingenieure haben einen Sender für Terahertz-Strahlung entwickelt, der kleiner als ein Quadratmillimeter ist und deren Herstellungsprozess auf mehr oder weniger herkömmlicher Halbleitertechnologie basiert. Zudem stellten die Forscher um Dr. Michael Feiginov vom Institut für Mikrowellentechnik und Photonik der TU Darmstadt einen neuen Rekord bei der Frequenz auf: Ihre Quelle, eine so genannte Resonanztunneldiode (kurz: RTD-Diode), sendet mit einer Frequenz von 1,111 Terahertz.

Höchste jemals erreichte Frequenz eines aktiven Halbleiterbauelements

"Das ist die höchste Frequenz, die ein aktives Halbleiterbauelement jemals erreicht hat", sagt Feiginov. Theoretisch konnte der Physiker außerdem zeigen, dass ein solch kleiner Sender, wie ihn die Darmstädter Forschergruppe nun hergestellt hat, noch deutlich höhere Frequenzen bis drei Terahertz erzeugen kann. "Das galt bislang in der Terahertzforschung als unmöglich", so Feiginov, der den Sender in den kommenden Jahren weiterentwickeln will, sodass er diese höheren Frequenzen tatsächlich erreicht. Dadurch könnte die Materialanalyse mithilfe von Terahertz-Strahlung bei einer höheren Auflösung durchgeführt werden als dies mit niedrigeren Terahertz-Frequenzen möglich ist – auf den Bildern wären dann kleinere Details zu erkennen.

Dass die RTD-Diode der Darmstädter Wissenschaftler zudem bei Raumtemperatur funktioniert, macht sie noch attraktiver für technische Anwendungen. "Sie könnte zum Beispiel für spektroskopische Untersuchungen an Molekülen dienen, die im Terahertz-Bereich ihre Resonanzen haben", sagt Feiginov. Das bedeutet, dass Stoffe, die sich bislang der Spektralanalyse entziehen, mit dieser in der Wissenschaft weit verbreiteten Methode im THz-Bereich untersucht werden könnten. Davon könne unter anderem die Medizin profitieren, etwa indem krankes von gesundem Gewebe im Körper unterschieden werden könnte, meint Feiginov. Da aktive Halbleiterbauelemente, zu denen auch der Darmstädter Terahertz-Sender zählt, das Herz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien und jedes elektronischen Geräts sind, geht Feiginov von vielen weiteren Anwendungsgebieten aus, die sich heute jedoch noch kaum vorhersagen lassen: "Eine höhere Frequenz der Bauteile würde zu neuen Anwendungen oder Einsatzgebieten bei Computern, Handys und anderen elektronischen Geräten führen", betont der Physiker.

Bei der Miniaturisierung ihres Bauelementes gingen die Darmstädter Forscher in den vergangenen Jahren fast an die Grenze des technisch Möglichen. Das Herz der RTD-Diode ist eine so genannte Doppel-Barriere-Struktur, in die ein so genannter Quantum-Well (kurz QW) eingebettet ist. Beim QW handelt sich um eine sehr dünne Schicht des Halbleiters Indium-Gallium-Arsenid, die zwischen zwei äußerst dünnen Barriere-Schichten des Halbleiters Aluminium-Arsenid eingebettet ist. Jede der Schichten ist ein bis wenige Nanometer (Millionstel Millimeter) dünn. Diese Doppel-Barriere-Struktur sorgt mithilfe eines quantenmechanischen Effektes dafür, dass elektrische Schwingungen in einem Terahertz-Oszillator nicht abklingen, sondern immer wieder verstärkt werden, so dass eine konstante Terahertz-Strahlung emittiert wird. Bei der Herstellung ihrer Diode arbeiteten die TU-Forscher mit dem Darmstädter Hersteller von elektronischen Bauelementen ACST GmbH zusammen.

Pressekontakt
Dr. Michael Feiginov
Tel. 06151/16-2762
feiginov@ont.tu-darmstadt.de

Jörg Feuck | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v99/i23/p233506_s1

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