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Optischer Isolator geglückt
Archiv | 13.08.2011 | Ein Fortschritt bei der Verbindung von Elektronik mit Licht ist Forschern des California Institute of Technology gelungen. In der Zeitschrift "Science" präsenteren sie eine photonische Halbleiter-Diode, die Licht nur in eine Richtung durchlässt. Das Teil könnte zum wichtigen Bauteil optischer Computer werden, die Daten schneller und billiger als bisher verarbeiten. "Der Weg zum optischen Computer ist noch weit, doch zumindest den dafür nötigen Isolator gibt es nun", so Karl Unterrainer, Vorstand des Instituts für Photonik der TU Wien.
Lichtimpulse sind in der Computertechnik längst im Einsatz, etwa im
Glasfaserkabel. Für die Verarbeitung in Halbleitern müssen sie jedoch in
elektrische Impulse umgewandelt werden, was den Datenfluss bremst.
Photonik-Forscher tüfteln daher schon lange an Chipbauteilen, die Lichtimpulse
aufnehmen und direkt verarbeiten. Ansätze zur Trennung dieser Impulse gibt es
schon, allerdings mit Tücken: Magnete zur Lichtpolarisation sind ungesund,
nichtlineare Materialien zur Frequenzänderung kaum mit Silizium zu kombinieren.
"Wir wollen den gesamten elektronischen Chip auf einem photonischen
Chip reproduzieren", erklärt Studienleiter Liang Feng die Zielvorgabe.
Bisherige Silizium-Lichtwellenleiter scheiterten daran, dass sich Lichtsignale
durch Reflexion und Überlagerung gegenseitig abschwächen. Fengs Wellenleiter
ergänzt einen 800 mal 200 Nanometer-Siliziumbalken mit Rundteilen aus
Germanium, Chrom und Silizium, die das Licht je nach Ausbreitungsrichtung in
Schwingung versetzen. Signale passieren somit in eine Richtung und werden in
die andere abgeschwächt.
Knacken der Terahertz-Grenze
Das Potenzial von künftigen Photonencomputern bezeichnet Unterrainer als
"enorm", vor allem was deren Geschwindigkeit betrifft.
"Kupferleitungen bringen bei hohen Frequenzen große Verluste, weshalb
heutige Motherboards nicht mehr als vier Gigahertz zulassen. Optische Computer
könnten die Terahertz-Grenze knacken." Energieeffizienz sei ein weiterer
Vorteil, da die Übermittlung von Lichtsignalen keinen Strom benötigt. In
optische Chips lassen sich zudem auch Sensoren, Displays, Kameras oder Beamer
integrieren.
Dennoch bleibt vieles weiterhin Zukunftsmusik, relativiert der Wiener
Physiker. "Wichtig wäre, nicht nur die elektrischen Leitungen auf Chips
durch Lichtleitungen zu ersetzen, sondern ganze Transistoren optisch zu
gestalten." Auch die Größe stellt derzeit noch ein Problem für die
Umsetzung dar - messen doch photonische Halbleiter ein Vielfaches der
elektrischen Halbleiter, die bei rund zehn Nanometern rangieren. (pte)
Abstract des Originalartikels unter http://www.sciencemag.org/content/333/6043/729
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