Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Superschneller Internetfunk dank Terahertz-Strahlung

25.07.2016

Wissenschaftler aus Dresden und Dublin haben einen vielversprechenden technologischen Ansatz gefunden, der Notebooks und anderen mobilen Computern in Zukunft deutlich schnellere Internet-Funkzugänge ermöglichen könnte als bisher. Die Teams am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und am irischen Trinity College Dublin brachten hauchdünne Schichten aus einer speziellen Verbindung von Mangan und Gallium dazu, sehr effizient Strahlung im sogenannten Terahertz-Frequenzbereich auszusenden. Als Sender in WLAN-Funknetzen eingesetzt, könnten die höheren Frequenzen die Datenraten zukünftiger Kommunikations-Netzwerke spürbar erhöhen.

„Wir halten diesen Ansatz für technologisch sehr interessant“, betont Dr. Michael Gensch, Leiter einer Arbeitsgruppe am HZDR, die sich mit den wissenschaftlichen Anwendungen von hohen Terahertz-Feldern in den Material- und Lebenswissenschaften beschäftigt. Sein Team hat die neuen Schichten mit Lasern sowie mit kurzen, besonders starken Terahertz-Pulsen vermessen.


Die Terahertz-Quelle TELBE am HZDR sendet starke Terahertz-Felder mit hoher Wiederholrate aus, deren Eigenschaften sich präzise an experimentelle Anforderungen anpassen lassen.

HZDR/F. Bierstedt

Bisher sind erst wenige und meist recht aufwendige Varianten für die Erzeugung von „einfarbiger“ Terahertz-Strahlung bekannt. Die jetzt untersuchten Dünnschichten dagegen sind billige und für eine Großproduktion gut geeignete Quellen für Terahertz-Strahlen mit exakt einstellbarer Wellenlänge. „Ich halte es für sehr gut vorstellbar, dass es möglich ist, diese Schichten auf Chips zu integrieren“, schätzt Dr. Alina Deac ein, Leiterin der Helmholtz-Nachwuchsgruppe für Spinelektronik am HZDR.

Heutige WLAN-Sender in Computertelefonen und Notebooks arbeiten oft mit Frequenzen zwischen 2,4 und 5 Gigahertz. Über diese Funkverbindungen können sie in der Praxis Daten höchstens mit einem Tempo von 600 Megabit je Sekunde drahtlos übertragen. Dabei gilt die Faustregel: je höher die Frequenz, umso höher die maximal erzielbare Datenrate. Ein Terahertz-WLAN könnte auf Datenraten von bis zu 100 Gigabit je Sekunde kommen. Der Tera-Bereich schließt sich übrigens im System der Maßeinheiten direkt an den Giga-Bereich an (1 Gigahertz = 109 Hertz – das entspricht 1 Milliarde Zyklen pro Sekunde; 1 Terahertz = 1012 Hertz – 1 Billion Zyklen pro Sekunde).

1.000 Mal dünner als ein Blatt Papier

Für die Experimente der internationalen Gruppe hatten Dr. Karsten Rode und seine Arbeitsgruppe am Trinity College Dublin besondere Schichten aus verschiedenen Kompositionen einer Mangan-Gallium-Verbindung wachsen lassen, die nur 45 bis 65 Millionstel Millimeter (Nanometer) dünn sind. Zum Vergleich: 1.000 solcher Schichten übereinandergestapelt ergeben gerade mal die Dicke eines Papierblattes. Diese hauchdünnen Filme regten die Wissenschaftler in Dresden-Rossendorf dann mit intensiven Laser-Pulsen an. Durch diese Anregung entsteht eine synchrone Pendelbewegung der magnetischen Momente in den Nanoschichten, die zur Abstrahlung von Terahertz-Strahlung führt.

Technologisch hochinteressant ist nun, dass Dr. Rode und seine Kollegen die Frequenz der abgestrahlten Terahertz-Wellen präzise durch die Komposition der Mangan-Gallium-Verbindung einstellen können. „Die Emission ist zudem ein überraschend effizienter Prozess“, so Michael Gensch vom HZDR. „Damit handelt es sich bei den von uns untersuchten Schichten um eine einzigartige Technologie, um Terahertz-Strahlung zu erzeugen und die Frequenz dieser Strahlung nach Wunsch einzustellen.“ Dies ist eine wichtige Voraussetzung für Kommunikationsgeräte und Netzwerke der kommenden Generation.

Zur Aufklärung der zugrundeliegenden physikalischen Prozesse konnte die neue Terahertz-Anlage TELBE im ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen des HZDR entscheidend beitragen. „TELBE hat es uns ermöglicht, die kohärente Anregung der magnetischen Momente im elektronischen Grundzustand direkt zu vermessen“, erklärt Michael Gensch. Als nächstes wollen die Forscher die Sendeleistung der Terahertz-Schichten erhöhen.

Folgeprojekt soll zu Protoptypen führen

Angesichts der vielversprechenden Labor-Ergebnisse wollen die HZDR-Forscher nun den Weg hin in Richtung produktionsreifer superschneller WLAN-Sendemodule ein Stück weiter gehen. In einem Folgeprojekt wollen sie ihre Dünnschichten elektrisch statt mit aufwendigen Laser-Pulsen dazu anregen, Terahertz-Strahlen auszusenden. Wenn das funktioniert, könnte am Ende des Projektes der Weg geebnet sein für einen ersten Prototypen für Terahertz-WLAN-Module.

Publikation: N. Awari u. a.: “Narrow-band tunable terahertz emission from ferrimagnetic Mn3-xGa thin films”, in Applied Physics Letters 109 (2016), 032403.

Weitere Informationen:
Dr. Michael Gensch
Gruppenleiter Hoch-Feld THz-getriebene Phänomene am Institut für Strahlenphysik des HZDR
Tel. 0351 260 - 2464
E-Mail: m.gensch@hzdr.de

Medienkontakt:
Dr. Christine Bohnet | Pressesprecherin und Leiterin HZDR-Kommunikation
Tel. 0351 260-2450 oder 0160 969 288 56
E-Mail: c.bohnet@hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf | Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden

Das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) forscht auf den Gebieten Energie, Gesundheit und Materie. Folgende Fragestellungen stehen hierbei im Fokus:
• Wie nutzt man Energie und Ressourcen effizient, sicher und nachhaltig?
• Wie können Krebserkrankungen besser visualisiert, charakterisiert und wirksam behandelt werden?
• Wie verhalten sich Materie und Materialien unter dem Einfluss hoher Felder und in kleinsten Dimensionen?
Zur Beantwortung dieser wissenschaftlichen Fragen werden Großgeräte mit einzigartigen Experimentiermöglichkeiten eingesetzt, die auch externen Messgästen zur Verfügung stehen.
Das HZDR ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Es hat vier Standorte (Dresden, Leipzig, Freiberg, Grenoble) und beschäftigt rund 1.100 Mitarbeiter – davon ca. 500 Wissenschaftler inklusive 150 Doktoranden.

Weitere Informationen:

http://www.hzdr.de

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Informationstechnologie:

nachricht Künstliche Intelligenz für die Wissensarbeit
20.11.2018 | FOKUS - Fraunhofer-Institut für Offene Kommunikationssysteme

nachricht Mit maschinellen Lernverfahren Anomalien frühzeitig erkennen und Schäden vermeiden
19.11.2018 | Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Informationstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: InSight: Touchdown auf dem Mars

Am 26. November landet die NASA-Sonde InSight auf dem Mars. Erstmals wird sie die Stärke und Häufigkeit von Marsbeben messen.

Monatelanger Flug durchs All, flammender Abstieg durch die Reibungshitze der Atmosphäre und sanftes Aufsetzen auf der Oberfläche – siebenmal ist das Kunststück...

Im Focus: Weltweit erstmals Entstehung von chemischen Bindungen in Echtzeit beobachtet und simuliert

Einem Team von Physikern unter der Leitung von Prof. Dr. Wolf Gero Schmidt, Universität Paderborn, und Prof. Dr. Martin Wolf, Fritz-Haber-Institut Berlin, ist ein entscheidender Durchbruch gelungen: Sie haben weltweit zum ersten Mal und „in Echtzeit“ die Änderung der Elektronenstruktur während einer chemischen Reaktion beobachtet. Mithilfe umfangreicher Computersimulationen haben die Wissenschaftler die Ursachen und Mechanismen der Elektronenumverteilung aufgeklärt und visualisiert. Ihre Ergebnisse wurden nun in der renommierten, interdisziplinären Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

„Chemische Reaktionen sind durch die Bildung bzw. den Bruch chemischer Bindungen zwischen Atomen und den damit verbundenen Änderungen atomarer Abstände...

Im Focus: Rasende Elektronen unter Kontrolle

Die Elektronik zukünftig über Lichtwellen kontrollieren statt Spannungssignalen: Das ist das Ziel von Physikern weltweit. Der Vorteil: Elektromagnetische Wellen des Licht schwingen mit Petahertz-Frequenz. Damit könnten zukünftige Computer eine Million Mal schneller sein als die heutige Generation. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) sind diesem Ziel nun einen Schritt nähergekommen: Ihnen ist es gelungen, Elektronen in Graphen mit ultrakurzen Laserpulsen präzise zu steuern.

Eine Stromregelung in der Elektronik, die millionenfach schneller ist als heutzutage: Davon träumen viele. Schließlich ist die Stromregelung eine der...

Im Focus: UNH scientists help provide first-ever views of elusive energy explosion

Researchers at the University of New Hampshire have captured a difficult-to-view singular event involving "magnetic reconnection"--the process by which sparse particles and energy around Earth collide producing a quick but mighty explosion--in the Earth's magnetotail, the magnetic environment that trails behind the planet.

Magnetic reconnection has remained a bit of a mystery to scientists. They know it exists and have documented the effects that the energy explosions can...

Im Focus: Eine kalte Supererde in unserer Nachbarschaft

Der sechs Lichtjahre entfernte Barnards Stern beherbergt einen Exoplaneten

Einer internationalen Gruppe von Astronomen unter Beteiligung des Max-Planck-Instituts für Astronomie in Heidelberg ist es gelungen, beim nur sechs Lichtjahre...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Personalisierte Implantologie – 32. Kongress der DGI

19.11.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz diskutiert digitale Innovationen für die öffentliche Verwaltung

19.11.2018 | Veranstaltungen

Naturkonstanten als Hauptdarsteller

19.11.2018 | Veranstaltungen

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

Kosmische Schlange

20.11.2018 | Physik Astronomie

Gestreift und doch fast unsichtbar – dem bedrohten Annamitischen Streifenkaninchen auf der Spur

20.11.2018 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Vom Rezeptoraufbau zu neuen Osteoporose-Medikamenten

20.11.2018 | Biowissenschaften Chemie

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