Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TU Wien entwickelt Licht-Transistor

02.07.2013
Die Schwingungsrichtung von Lichtstrahlen kann an der TU Wien gedreht werden – einfach durch Anlegen einer elektrischen Spannung an ein spezielles Material. So lässt sich ein Transistor bauen, der nicht mit Strom, sondern mit Licht funktioniert.

Dass Licht in unterschiedliche Richtungen schwingen kann, erlebt man im 3D-Kino: Dort lässt jedes der Gläser nur Licht einer bestimmten Schwingungsrichtung durch. Die Polarisationsrichtung von Licht gezielt zu drehen ohne dass dabei ein großer Teil des Lichts verschluckt wird, ist allerdings schwierig.


Die Schwingungsrichtung einer Lichtwelle ändert sich, wenn sie durch eine dünne Materialschicht geschickt wird. TU Wien

An der TU Wien gelang dieses Kunststück nun, und zwar mit einer technologisch ganz besonders wichtigen Art von Licht - der Terahertz-Strahlung. Ein elektrisches Feld, angelegt an einer hauchdünnen Materialschicht, kann die Polarisation des Strahls beliebig drehen. So entsteht ein effizienter, miniaturisierbarer Transistor für Licht, den man für den Aufbau optischer Computer verwenden könnte.

Gedrehtes Licht – der Faraday-Effekt

Gewisse Materialien haben die Eigenschaft, die Schwingungsrichtung von Licht zu drehen, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden – man spricht vom Faraday-Effekt. Normalerweise ist dieser Effekt aber winzig klein. Schon vor zwei Jahren gelang es Prof. Andrei Pimenov und seinem Team vom Institut für Festkörperphysik der TU Wien gemeinsam mit einer Forschungsgruppe der Universität Würzburg, einen riesengroßen Faraday-Effekt zu erzielen, indem sie das Licht durch spezielle Quecksilber-Tellurid-Plättchen schickten und ein Magnetfeld anlegten.

Allerdings konnte der Effekt damals nur über eine äußere magnetische Spule gesteuert werden, womit große technologische Nachteile verbunden sind. „Verwendet man einen Elektromagneten, um den Effekt zu steuern, benötigt man sehr starke Ströme“, erklärt Andrei Pimenov. Nun gelang es, die Drehung von Terahertz-Strahlen ganz einfach durch ein Anlegen einer elektrischer Spannung von weniger als einem Volt zu steuern. Dadurch wird das System viel einfacher und schneller.

Dafür, dass sich die Polarisation überhaupt dreht, ist nach wie vor ein Magnetfeld verantwortlich. Doch die Stärke des Effektes wird nicht mehr durch die Stärke des Magnetfeldes bestimmt, sondern durch die Anzahl der Elektronen, die an dem Prozess beteiligt sind – und diese Anzahl lässt sich ganz einfach durch elektrische Spannung regulieren. Daher genügt nun ein Permanentmagnet und eine Spannungsquelle, die technisch vergleichsweise einfach zu handhaben ist.

Terahertz-Strahlung

Das Licht, das für die Experimente verwendet wird, ist nicht sichtbar: Es handelt sich um Terahertz-Strahlung mit einer Wellenlänge in der Größenordnung von einem Millimeter. „Die Frequenz dieser Strahlung entspricht der Taktfrequenz, die vielleicht die übernächste Generation von Computern erreichen wird“, meint Pimenov. „Die Bauteile heutiger Computer, in denen Information nur in Form von elektrischen Strömen weitergegeben wird, können kaum noch grundlegend verbessert werden. Die Ströme durch Licht zu ersetzen würde ganz neue Möglichkeiten bringen.“ Doch nicht nur für hypothetische neue Computer ist es wichtig, durch den neu entwickelten Licht-Dreh-Mechanismus Strahlen ganz gezielt kontrollieren zu können. Terahertzstrahlung wird heute für viele Zwecke verwendet, etwa auch für bildgebende Verfahren in der Sicherheitstechnik am Flughafen.
Optischer Transistor

Schickt man Licht durch einen Polarisationsfilter, kann es je nach Polarisationsrichtung durchgelassen oder abgeblockt werden. Die Drehung des Lichtstrahls – und damit die angelegte elektrische Spannung – entscheidet also, ob ein Lichtsignal gesendet oder blockiert wird. „Das ist genau das Prinzip eines Transistors“, erklärt Pimenov: „Das Anlegen einer äußeren Spannung entscheidet darüber, ob Strom fließt oder nicht – und in unserem Fall entscheidet die Spannung eben, ob das Licht ankommt oder nicht.“ Die neue Erfindung ist somit die optische Entsprechung eines elektrischen Transistors.

Rückfragehinweis:
Prof. Andrei Pimenov
Institut für Festkörperphysik
Technische Universität Wien
Wiedner Hauptstraße 8-10, 1040 Wien
T: +43-1-58801-137 23
andrei.pimenov@tuwien.ac.at
Weitere Informationen:
http://apl.aip.org/resource/1/applab/v102/i24/p241902_s1
http://Originalpublikation in "Applied Physics Letters"
http://www.tuwien.ac.at/dle/pr/aktuelles/downloads/2013/licht_transistor/

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Klein bestimmt über groß?
29.03.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation

nachricht Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet
29.03.2017 | Technische Universität Wien

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: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Organisch-anorganische Heterostrukturen mit programmierbaren elektronischen Eigenschaften

29.03.2017 | Energie und Elektrotechnik

Klein bestimmt über groß?

29.03.2017 | Physik Astronomie

OLED-Produktionsanlage aus einer Hand

29.03.2017 | Messenachrichten