Blitzschneller Schalter für Elektronenwellen
Superschnellen Schalter könnte künftige Elektronik um ein Vielfaches beschleunigen
Fabian Mooshammer
Einem Forscherteam um Professor Rupert Huber, Lehrstuhl für Experimentelle und Angewandte Physik der Universität Regensburg, ist es in Kooperation mit Kollegen aus Pisa nun erstmals gelungen, Wellen im Elektronensee tatsächlich ultraschnell ein- und auszuschalten und damit eine wichtige Grundlage für künftige Plasmaelektronik zu legen.
Die Physiker verwendeten hierfür allerdings kein Metall, auf welchem Elektronenwellen stets präsent sind. Vielmehr kam eine ausgeklügelte Schichtstruktur basierend auf einem Halbleiter zum Einsatz. Halbleiter wie Silizium sind die Materialien, aus denen Computerchips bestehen. Bei dem hier verwendeten Halbleiter handelt es sich um ein besonders modernes Material: sogenannten schwarzen Phosphor. Durch Einstrahlen eines intensiven Lichtblitzes können darin frei bewegliche Elektronen erst erzeugt werden. Ohne diese sind keine Oberflächenwellen vorhanden und die Struktur ist „ausgeschaltet“. Sobald allerdings der erste Laserimpuls die frei beweglichen Elektronen erzeugt hat, können mit einem darauffolgenden Impuls die Oberflächenplasmonen von der Spitze aus losgeschickt werden.
Um zu testen, wie schnell dieser Schaltvorgang werden kann, aktivierte das Regensburger Team um Prof. Dr. Rupert Huber Oberflächenplasmonen mit ultrakurzen Lichtblitzen mit Zeitdauern von nur wenigen Femtosekunden. Mit einem weltweit einzigartigen superschnellen und hochauflösenden Mikroskop verfolgten die Forscher anschließend direkt in extremer Zeitlupe, wie sich die Plasmonwelle ausbreitet. Dabei war klar zu erkennen, dass die Schaltzeiten auf der Femtosekunden-Zeitskala lagen und somit um viele Größenordnungen schneller als die schnellsten existierenden Transistoren waren. Eine angenehme Überraschung war, dass die Wellenlänge der Oberflächenwellen fast unabhängig von der Leistung des einschaltenden Lasers ist.
Diese Ergebnisse sind äußerst ermutigend für künftige ultraschnelle Elektronik auf Basis von Oberflächenplasmonen. Im nächsten Schritt werden die Regensburger Forscher erste funktionsfähige plasmonische Bauelemente testen – ab sofort auf der Femtosekunden-Zeitskala.
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