Optische Computer: Schneller Lichtschalter gefunden

Licht, Infrarot, Strahlung Bildquelle: Caltech
Einem deutsch-italienischen Forscherteam ist ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung optischer Schaltelemente gelungen. Diese sollen eines Tages die herkömmliche Elektronik in Computern ersetzen. Konventionelle Computer basieren auf Halbleitertransistoren. In ihnen werden elektronische Ströme geschaltet, die durch hauchfeine Leiterbahnen fließen. In aktuellen Prozessoren sind diese Leiterbahnen nur noch wenige Nanometer breit und die Ströme werden auf einer Zeitskala von etwa einer Nanosekunde geschaltet.

"Im Prinzip könnte man erhebliche schnellere Computer realisieren, wenn es gelänge, Licht statt Elektronen in solche Leiterbahnen einzusperren und zu schalten", erläuterte der Physiker Christoph Lienau von der Universität Oldenburg. Solche "optischen Computer" existieren aber bislang nur als Vision der Wissenschaft - unter anderem deshalb, weil es enorm schwierig ist, Licht in solch kleinen Dimensionen einzufangen.

Hier konnten Forscher in den letzten Jahren mit der Entwicklung von nanostrukturierten metallischen Lichtleitern - zum Beispiel mikroskopisch kleinen Silber- oder Golddrähten - erhebliche Fortschritte erzielen. Allerdings gelang es mit diesen metallischen Lichtleitern alleine bisher nicht, Licht auch hinreichend schnell durch Licht zu schalten.

In ihrem Beitrag im Fachmagazin 'Nature Photonics' beschreiben die Wissenschaftler nun einen neuen Lichtschalter, aufgebaut aus einem Gitter aus nanostrukturierten Golddrähten, die mit einer dünnen Schicht eines organischen Halbleiters überzogen sind. "Wenn wir solche Hybrid-Strukturen mit kurzen Lichtblitzen bestrahlen", erklärte Projektmitarbeiterin Parinda Vasa, "dann oszilliert die Lichtenergie enorm schnell zwischen Golddraht und Halbleiter. Diese sogenannten Rabi-Oszillationen führen dazu, das wir das Licht, immer wenn es im Halbleiter angekommen ist, mit einem zweiten Lichtimpuls ausschalten können."

Die Dauer eines Schaltprozesses beträgt dabei nur wenige Femtosekunden, ist also mehr als 10.000 Mal schneller als in einem elektronischen Computer. "Wir lernen zunehmend, wie wir die Bewegung von Lichtstrahlen in kleinsten räumlichen Strukturen und auf enorm kurzen Zeitskalen effizient kontrollieren und steuern können", so Lienau. Auch wenn sie die Effizienz und Lebensdauer des optischen Schalters noch erheblich verbessern müssten, würden die sich daraus ergebenden Anwendungsperspektiven immer faszinierender und "rücken zunehmend in greifbare Nähe", so der Physiker. Licht, Infrarot, Strahlung Licht, Infrarot, Strahlung Caltech
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