Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lichtquelle für schnellere Chips

19.04.2016

Weltweit wachsende Datenmengen lassen die herkömmliche elektronische Verarbeitung an ihre Grenzen stoßen. Die Informationstechnologie der Zukunft setzt deshalb auf Licht als Medium für schnelle Datenübermittlung auch innerhalb von Computerchips. Forscher unter Federführung des KIT haben nun gezeigt, dass sich winzige Röhrchen aus Kohlenstoff als On-Chip-Lichtquelle für die Informationstechnologie von morgen eignen, wenn man nanostrukturierte Wellenleiter nutzt, um passende Lichteigenschaften zu erhalten. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschaftler in Nature Photonics jetzt vor. DOI: 10.1038/NPHOTON. 2016.70

Im Großen ist die Nachrichtenübertragung durch Licht längst Alltag: Glasfaserkabel als Lichtwellenleiter übertragen zum Beispiel Telefon- und Internetsignale. Auf dem Weg, die Vorteile von Licht, also Geschwindigkeit und Energieeffizienz, künftig auch im Kleinen, auf der Ebene von Computerchips, nutzen zu können, sind Forscher am KIT dank Grundlagenforschung einen wichtigen Schritt zur Anwendung vorangekommen. Durch die Einbindung winziger Kohlenstoffröhrchen in einen nanostrukturierten Wellenleiter haben sie ein kompaktes miniaturisiertes Schaltteil entwickelt, das elektrische Signale in klar definierte optische Signale wandelt.


Kohlenstoff-Nanoröhre über einem photonischen Kristall-Wellenleiter mit Elektroden. Die Struktur wandelt elektrische Signale in Licht.

Foto: WWU

„Die Nanostrukturen wirken wie ein photonischer Kristall und erlauben es die Eigenschaften des Lichtes aus dem Röhrchen maßzuschneidern“, erklären Felix Pyatkov und Valentin Fütterling, die Erstautoren der Studie, die am Institut für Nanotechnologie des KIT forschen. „So können wir sehr schmalbandiges Licht in der gewünschten Farbe auf dem Chip erzeugen.“

In welcher Wellenlänge das Licht weitergeleitet wird, ist durch die Bearbeitung des Wellenleiters präzise definiert: Durch die Gravur mit Hilfe der Elektronenstrahl-Lithografie erhält der einige Mikrometer lange Wellenleiter feinste Hohlräume von einigen Nanometern Größe, die seine optischen Eigenschaften bestimmen. Der so entstandene photonische Kristall reflektiert das Licht in bestimmten Farben, ein Phänomen, das in der Natur auf bunt erscheinenden Schmetterlingsflügeln beobachtet werden kann.

Als neuartige Lichtquellen werden Kohlenstoffnanoröhrchen von rund einem Mikrometer Länge und einem Nanometer Durchmesser quer zum Wellenleiter auf Metallkontakte positioniert. Am KIT wurde ein Prozess entwickelt, mit dem es möglich ist, die Nanoröhrchen gezielt in hochgradig komplexe Strukturen zu integrieren.

Dabei nutzten die Forscher das Verfahren der Dielektrophorese, um zu erreichen, dass sich die im Durchmesser etwa einen Nanometer - ein millionstel Millimeter - großen Kohlenstoffröhrchen aus einer Lösung abscheiden und senkrecht zum Wellenleiter anordnen. Diese ursprünglich aus der Biologie stammende Möglichkeit zur Separation von Partikeln mithilfe inhomogener elektrischer Felder eignet sich gut, um nanoskalige Objekte auf Trägermaterialien abzulegen. Die direkt in den Wellenleiter eingebrachten Kohlenstoff-Nanoröhrchen fungieren als winzige Lichtquelle, da sie Photonen erzeugen, wenn elektrische Spannung angelegt wird.

Der nun vorgestellte kompakte Strom-Licht-Signalwandler erfüllt Anforderungen für die nächste Generation von Computern, die elektronische Komponenten mit nanophotonischen Wellenleitern verbinden. Der Signalwandler bündelt das Licht fast so stark wie ein Laser und spricht mit hoher Geschwindigkeit auf variable Signale an. Bereits jetzt lassen sich mithilfe der von den Forschern entwickelten opto-elektronischen Bauelemente aus elektrischen Signalen Lichtsignale im Giga-Hertz-Frequenzbereich erzeugen.

An dem Forschungsprojekt waren Ralph Krupke, der am Institut für Nanotechnologie des KIT und am Institut für Materialwissenschaft der TU Darmstadt forscht, Wolfram H.P. Pernice, der vor einem Jahr vom KIT an die Westfälische Wilhelms-Universität Münster wechselte, und Manfred M. Kappes, Institut für Physikalische Chemie und Institut für Nanotechnologie des KIT, federführend beteiligt. Gefördert wurde es durch das Programm Science and Technology of Nanosystems (STN) der Helmholtz-Gemeinschaft, dessen Ziel es ist, Nanosysteme mit einzigartiger Funktionalität zur erforschen und das Potenzial von Materialien mit Strukturgrößen von wenigen Nanometern zu erschließen. Die Volkswagenstiftung finanzierte für das Forschungsprojekt eine Doktorandenstelle, darüber hinaus unterstützte die Hightech-Plattform Karlsruhe Nano Micro Facility (KNMF) das Vorhaben.

Felix Pyatkov, Valentin Fütterling, Svetlana Khasminskaya, Benjamin Flavel, Frank Hennrich, Manfred M. Kappes, Ralph Krupke & Wolfram H.P. Pernice: Cavity enhanced light emission from electrically driven carbon nanotubes. Nature Photonics, DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.70

Weiterer Kontakt:
Kosta Schinarakis, PKM – Themenscout, Tel.: +49 721 608 41956, Fax: +49 721 608 43658, E-Mail: schinarakis@kit.edu

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) verbindet seine drei Kernaufgaben Forschung, Lehre und Innovation zu einer Mission. Mit rund 9 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern sowie 25 000 Studierenden ist das KIT eine der großen natur- und ingenieurwissenschaftlichen Forschungs- und Lehreinrichtungen Europas.

KIT – Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft

Das KIT ist seit 2010 als familiengerechte Hochschule zertifiziert.

Monika Landgraf | Karlsruher Institut für Technologie
Weitere Informationen:
http://www.kit.edu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne
20.07.2018 | Universität Rostock

nachricht Maschinelles Lernen: Neue Methode ermöglicht genaue Extrapolation
13.07.2018 | Institute of Science and Technology Austria

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Future electronic components to be printed like newspapers

A new manufacturing technique uses a process similar to newspaper printing to form smoother and more flexible metals for making ultrafast electronic devices.

The low-cost process, developed by Purdue University researchers, combines tools already used in industry for manufacturing metals on a large scale, but uses...

Im Focus: Rostocker Forscher entwickeln autonom fahrende Kräne

Industriepartner kommen aus sechs Ländern

Autonom fahrende, intelligente Kräne und Hebezeuge – dieser Ingenieurs-Traum könnte in den nächsten drei Jahren zur Wirklichkeit werden. Forscher aus dem...

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

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

Neue Anwendungen für Mikrolaser in der Quanten-Nanophotonik

20.07.2018 | Physik Astronomie

Need for speed: Warum Malaria-Parasiten schneller sind als die menschlichen Abwehrzellen

20.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Die Gene sind nicht schuld

20.07.2018 | Medizin Gesundheit

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