Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Material für schnellere Elektronik

27.06.2011
Das neuartige Material Graphen verspricht schnellere optische und elektronische Bauteile zu ermöglichen.

An der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität (TU) Wien konnten Lichtdetektoren aus Graphen erzeugt und erstmals genau analysiert werden.


Graphen: Durch Lichteinstrahlung werden Ladungsträger freigesetzt und Strom beginnt zu fließen. Copyright F. Aigner / TU Wien

Es ist ein Material, in das die Wissenschaft große Hoffnung setzt: Graphen, eine wabenförmige Kohlenstoffstruktur aus nur einer einzigen Atomschicht, zeigt bemerkenswertes physikalisches Verhalten. 2010 wurde für seine Entdeckung der Physiknobelpreis vergeben. Am Institut für Photonik der TU Wien interessiert man sich besonders für die optischen und elektronischen Eigenschaften dieses Materials. Die TU-Wissenschaftler konnten nun zeigen, wie außerordentlich rasch Graphen Lichtpulse in elektrische Signale umwandelt. Damit könnte der Datenaustausch zwischen Computern entscheidend verbessert werden. Die Ergebnisse wurden nun im Fachjournal "Nano Letters" veröffentlicht.

Lichtpulse in Strom umwandeln

Wenn man Daten durch Lichtpulse überträgt, wie das etwa in einem Glasfaserkabel geschieht, dann müssen diese Pulse anschließend in elektrische Signale verwandelt werden, die der Computer weiterverarbeiten kann. Diese Umwandlung von Licht in elektrischen Strom geschieht über den Photoelektrischen Effekt, den Albert Einstein erklärte. Trifft Licht auf bestimmte Materialien, können Elektronen plötzlich aus ihrem festen Platz gelöst werden und sich frei bewegen – elektrischer Strom beginnt zu fließen. „Solche Lichtdetektoren, die mit elektrischen Signalen auf Lichtbestrahlung reagieren, gibt es schon lange. Wenn man sie allerdings aus Graphen herstellt, reagieren sie auf das Licht wesentlich schneller als andere Materialien das können“, erklärt Alexander Urich, der gemeinsam mit Thomas Müller und Professor Karl Unterrainer an der TU Wien die elektrischen und optischen Eigenschaften von Graphen untersuchte.

Analyse mit ultrakurzen Laserpulsen

Dass Graphen in der Lage ist, Licht ungeheuer schnell in elektrische Signale umzuwandeln, konnte Thomas Müller schon im Vorjahr zeigen. Die genaue Reaktionszeit des Materials konnte zunächst aber noch nicht genau bestimmt werden – der Photoeffekt in Graphen läuft schneller ab, als man mit herkömmlichen elektronischen Methoden messen konnte. Erst jetzt konnte mit aufwändigen technischen Tricks Genaueres über das Material ermittelt werden: Bei den Experimenten an der TU Wien werden kurz hintereinander zwei ultrakurze Laserpulse auf den Graphen-Photodetektor abgefeuert, gemessen wird der Strom, der dabei entsteht.. Variiert man den zeitlichen Abstand zwischen den Lichtpulsen, so lässt sich feststellen, mit welcher maximalen Frequenz die Detektoren betrieben werden können. „Mit Hilfe dieser Methode konnten wir zeigen, dass die von uns hergestellten Detektoren bis zu einer Frequenz von 262 GHz verwendet werden können“, sagt Thomas Müller (TU Wien). Damit läge die theoretisch erreichbare Obergrenze der Datenübertragung mit Graphen-Photodetektoren bei mehr als 30 Gigabyte pro Sekunde. Inwieweit das technisch umsetzbar ist, wird sich erst zeigen, doch das Resultat verdeutlicht das große Potential von Graphen für besonders schnelle optoelektronische Bauteile.

Schnelles Signal – schnell wieder vorbei

Der wesentliche Grund für die hohen Frequenzen, die man mit den neuartigen Licht-Detektoren erreichen kann, ist die kurze Lebensdauer der Ladungsträger in Graphen. Die Elektronen, die durch das Licht aus ihrem Platz gelöst werden und zum elektrischen Stromfluss beitragen, suchen sich schon nach wenigen Picosekunden (Millionstel einer Millionstelsekunde, 10^(-12) Sekunden) einen neuen, festen Platz – und sobald das geschehen ist, kann auch schon das nächste Lichtsignal kommen, neue Photoelektronen herauslösen und das nächste elektrisches Signal erzeugen.

Die schnelle „Reaktionszeit“ von Graphen ist ein weiterer Eintrag auf der Liste der bemerkenswerten Eigenschaften des Materials. In Graphen können sich außerdem elektrische Ladungsträger außerordentlich weit bewegen, ohne gestört zu werden. Graphen kann Licht vom infraroten bis zum sichtbaren Bereich des Spektrums absorbieren – im Gegensatz zu gewöhnlichen Halbleitern, die nur auf einen schmalen Bereich des Spektrums beschränkt sind. Außerdem kann Graphen Wärme extrem gut leiten und kann mit ungeheurer Kraft gespannt werden, ohne zu reißen.

Originalpublikation:
A. Urich, K. Unterrainer, T. Müller; Intrinsic Response Time of Graphene Photodetectors, Nano Letters (2011), DOI: 10.1021/nl2011388
Rückfragehinweis:
Dipl. Phys. Alexander Urich
Institut für Photonik
Technische Universität Wien
Gusshausstraße 25-29, 1040 Wien
T: +43-1-58801-38785
alexander.urich@tuwien.ac.at
Aussender:
Dr. Florian Aigner
Büro für Öffentlichkeitsarbeit
Technische Universität Wien
Operngasse 11, 1040 Wien
T: +43-1-58801-41027
florian.aigner@tuwien.ac.at

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

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund
22.06.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Nah dran an der Fiktion: Die Außenhaut für das Raumschiff „Enterprise“?
22.06.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

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...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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