Für schnellere Computerchips
Die Informationsübertragung durch Licht ist längst Alltag. Glasfaserkabel übertragen als Lichtwellenleiter beispielsweise Telefon- und Internetsignale. In Zukunft soll Licht auch in Computerchips genutzt werden, um Informationssignale schnell und effizient zu übertragen. Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass sich winzige Röhrchen aus Kohlenstoff als sogenannte On-Chip-Lichtquelle für die Informationstechnologie von morgen eignen, wenn man im Nanomaßstab strukturierte Wellenleiter nutzt, um passende Lichteigenschaften zu erzeugen. Mit der Kombination dieser Bauteile haben die Forscher ein kompaktes miniaturisiertes Schaltteil entwickelt. Es wandelt elektrische Signale in klar definierte optische Signale um.
An der Studie, die federführend von Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) durchgeführt wurde und in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift "Nature Photonics" veröffentlicht ist, war auch Prof. Dr. Wolfram Pernice beteiligt. Der Professor am Physikalischen Institut der Westfälischen Wilhelms-Universität (WWU) wechselte vor einiger Zeit vom KIT nach Münster.
Mit den Kohlenstoff-Nanoröhrchen haben die Forscher eine neuartige Lichtquelle entwickelt. Sie erzeugt Photonen, also Lichtteilchen, wenn elektrische Spannung angelegt wird. Die Nanostrukturen der Miniatur-Lichtwellenleiter leiten das Licht exakt in den gewünschten Farben – also in den gewollten Wellenlängen – weiter. Sie erlauben es damit, die Eigenschaften des weitergeleiteten Lichts maßzuschneidern – eine Voraussetzung für die Übertragung von Daten. Die Wellenlänge, die weitergeleitet wird, geben die Wissenschaftler vor: Durch eine Gravur mithilfe der Elektronenstrahl-Lithografie erhalten die einige Mikrometer langen Wellenleiter feinste Hohlräume von einigen Nanometern Größe, die seine optischen Eigenschaften bestimmen. Die so entstandenen photonischen Kristalle reflektieren das Licht in bestimmten Farben. In der Natur kann man dieses Phänomen zum Beispiel auf bunt erscheinenden Schmetterlingsflügeln beobachten.
Gefördert wurde das Projekt durch das Programm "Science and Technology of Nanosystems" der Helmholtz-Gemeinschaft. Dessen Ziel ist es, 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" das Vorhaben.
Originalpublikation:
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