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Laserlicht macht Elektronik 1.000 Mal schneller

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Computer-Turbo! Eine Billion Berechnungen pro Sekunde

Gleichzeitig machen sich die Forscher den seit den 1960er Jahren bekannten Effekt der „Second harmonic Generation“ zunutze, also der Frequenzverdopplung von Licht. Das geschieht per Infrarotlaser bei einer Wellenlänge von 1.500 Nanometern. Damit kann die Frequenzverdopplung in Wolframdiselenid mit zwei Photonen resonant betrieben und somit die induzierte Valleypolarisation noch verstärkt werden, beschreibt Herrmann. Auch erlaubt es die Frequenzverdopplung, dass das Anregungslicht und das interessierende Signal besser getrennt werden können, was sich entsprechend bei 750 Nanometern, der halben Wellenlänge beziehungsweise der doppelten Frequenz abspielt, ergänzt Klimmer.

Bisher wird, wie eingangs schon erwähnt, in der Elektronik das Binärsystem genutzt. Zur Informationsübertragung wird dabei Strom an- oder abgeschaltet (0 oder 1). Ein Transistor schafft im Rahmen dieser Technik etwa eine Milliarde Berechnungen pro Sekunde. Indem die Elektronik aber mit Licht statt Strom geschaltet wird, lässt sich das auf eine enorme Zahl von rund Billion Berechnungen pro Sekunde steigern. Das heißt, wir sind mit unserem System 1.000 Mal schneller als die herkömmliche Elektronik, betonen Klimmer und Herrmann. Das mache die Forschung perspektivisch interessant für viele Bereiche der Optoelektronik und allgemeinen Technik.

Über ihre Forschungsarbeit zur „Nichtlinearen optischen kohärenten Erzeugung und Auslesen von Valleys in atomar dünnen Halbleitern“ berichteten Herrmann und Klimmer in einem neuen Paper in der Fachzeitschrift „Small“, das bereits online geschaltet ist. Was diese Jenaer Arbeit originär mache, sei die Kombination der Methode der resonanten Zwei-Photonen-Frequenzverdopplung und der Valleypolarisation.

2D-Materialien boomen an der Universität Jena

Bis die neuen Erkenntnisse über 2D-Materialien und sich daraus ableitenden technischen Anwendungen in größerem Maßstab werde aber noch dauern. Man bewege sich nämlich noch auf dem Feld der Grundlagenforschung. Doch die Chancen stehen gut, denn am Institut für Festkörperphysik der Uni Jena beschäftigen sich in der Arbeitsgruppe von Professor Giancarlo Soavi aktuell rund 15 Wissenschaftler mit 2D-Materialien. Außerdem sind sie eingebunden in die Arbeit des Sonderforschungsbereichs SFB 1375 „NOA - Nichtlineare Optik bis in den Atombereich", der im Juli 2019 an der Friedrich-Schiller-Universität eingerichtet und gerade verlängert wurde. Darüber hinaus spielten 2D-Materalien auch in etlichen anderen Instituten der Friedrich-Schiller-Universität Jena eine wichtige Rolle.

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