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Erleuchtung Laserlicht macht Elektronik 1.000 Mal schneller

Quelle: Pressemitteilung der Friedrich-Schiller-Universität Jena 3 min Lesedauer

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Entweder 1 oder 0 – also es fließt Strom oder eben nicht! In der Elektronik wird alles über das Binärsystem gesteuert. Forscher aus Jena verfolgen einen anderen Weg.

Besser als binär! Von links: Paul Herrmann und Sebastian Klimmer experimentieren an einem Laserversuchsaufbau an der Universität Jena, mit dem untersucht wird, wie man mit Licht und 2D-Materialien Informationen rund 1.000 Mal schneller übermitteln kann als mit Strom.(Bild: Uni Jena / J. Meyer)
Besser als binär! Von links: Paul Herrmann und Sebastian Klimmer experimentieren an einem Laserversuchsaufbau an der Universität Jena, mit dem untersucht wird, wie man mit Licht und 2D-Materialien Informationen rund 1.000 Mal schneller übermitteln kann als mit Strom.
(Bild: Uni Jena / J. Meyer)

Elektronen generieren schon ziemlich schnell und gut Informationen, leiten diese weiter und übernehmen diverse Schaltfunktionen. Das ist die Basis für den Informationsfluss in binären Systemen. Doch es gehe noch schneller, was Paul Herrmann und Sebastian Klimmer von der Universität Jena bewiesen hätten.

Dazu nutzen sie monokristalline 2D-Materialien und Laserlicht im Rahmen der physikalischen Methode Frequenzverdopplung von Licht, die sie mit einer speziellen Materialeigenschaft – der Valleypolarisation – kombinierten. Nach ihrem Lieblingsspielzeug aus Kindertagen befragt, müssen die beiden nicht lange überlegen. Die Antwort lautet unisono: Legosteine. Das Beste daran ist, dass es so viele Kombinationsmöglichkeiten gibt. Und heute beschäftigen sie sich für ihre Promotion mit einem regelrechten Hightech-Baukasten aus 2D-Materialien, die sie in atomare Schichten zerlegen, um sie dann mit „Valleytronik“ zu manipulieren, wie es heißt. Dabei kam nach Aussage der Experten Erstaunliches heraus:

Mit Licht Extremes lokal und abwechselnd manipulieren

Die 2D-Materialien, die aus nur einer Lage von Atomen bestehen, verfügen über herausragende optische Eigenschaften. Scon 2004 gelang es den Nobelpreisträgern Geim und Novoselov erstmals, zweidimensionale Lagen aus Kohlenstoffatomen – das heute berkanntere Graphen – herzustellen. Seitdem wurden von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt viele weitere 2D-Materialien entdeckt. Theoretische Modelle prognostizierten, dass es ungefähr 1.800 2D-Materialien gebe, was den den von Lego übertragenen Begriff Baukasten erkläre. Die beiden Physiker haben sich aus diesem Baukasten das Wolframdiselenid ausgesucht, das zur Gruppe der Übergangs-Metalldichalkogenide gehört. Dieses spezielle Halbleitermaterial, erklären die Forscher, hat lokale Extrema in seiner elektronischen Bandstruktur, sogenannte Valleys, die man mit Licht manipulieren kann.

Mit dieser Substanz traf man die richtige Wahl. Man beschießt das Material im Labor mit einem zirkular polarisierten Laserstrahl. Das kann in zwei unterschiedlichen Richtungen geschehen, so dass bestimmt werden könne, in welchem Valley die Elektronen anregt werden sollen. Das ist die Valleypolarisation – also der Zustand, in dem ein Valley mehr angeregt wird als das andere. Das kann man ausnutzen, um darin Informationen zu codieren, zu manipulieren und wieder auszulesen, so die Jenaer Experten.

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