Graphen könnte in Computern künftig Elektrizität in Licht wandeln

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Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Effekt beobachtet, den sie in Anlehnung an den Überschallknall, der entsteht, wenn ein Flugzeug schneller als die Schallgeschwindigkeit wird, als “optical boom” bezeichnen: Elektronen könnn dadurch in einer Graphenschicht schneller als verlangsamtes Licht werden.

Unter bestimmten Voraussetzungen kann in einer Graphenschicht elektrischer Strom schneller sein als verlangsamtes Licht. Das haben nun Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) herausgefunden, die solch eine Schicht vewendeten, um Elektrizität in Licht zu wandeln. Ihrer Ansicht nach bietet das Möglichkeiten zu Entwicklung von Computerchips, die Daten dann wesentlich schneller verarbeiten als dies heute möglich ist.

In ihrem in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Forschungsergebnissen vergleichen sie, den von ihnen festgestellten Effekt mit dem den Überschallknall, der entsteht, wenn Flugzeug schneller als die Schallgeschwindigkeit wird. In einer Graphenschicht könne unter bestimmten Voraussetzungen Strom schneller sein als verlangsamtes Licht. Das löse einen “optical boom” (analog zum englischen “sonic boom” für Überschallknall) aus, der in einem intensiven, gerichteten Lichtstrahl bestehe.

Ein Elektron (heller Pfeil nach oben) bewegt sich in der Graphenschicht (blaues Gitter auf Trägermaterial) schneller als Licht  und erzeugt eine Druckwelle, die Plasmonen (rote Wellenlinien) abstrahlt (Bild: MIT).
Ein Elektron (heller Pfeil nach oben) bewegt sich in der Graphenschicht (blaues Gitter auf Trägermaterial) schneller als Licht und erzeugt eine Druckwelle, die Plasmonen (rote Wellenlinien) abstrahlt (Bild: MIT).

Den Wissenschaftlern zufolge ist das von ihnen beobachtete Verhalten eine Form des Tscherenkow-Effekts. Die MIT-Forscher bemerkten, dass Licht deutlich langsamer wird, wenn es auf eine Graphenschicht trifft. Die Geschwindigkeit von Photonen wird in Graphen nahezu auf die reduziert, mit der sich darin Elektronen bewegen. “Graphen hat die Fähigkeit, Licht in Modi einzufangen, die wir Oberflächenplasmonen nennen”, erklärt Ido Kaminer, Hauptautor des Papiers. Mit dem Begriff Plasmonen werden Plasmaschwingungsquanten bezeichnet. “Die Geschwindigkeit dieser Plasmonen durch das Graphen ist mehrere hundert Mal langsamer als im leeren Raum.”

“Unsere theoretische Arbeit zeigt, dass dies zu einem neuen Weg der Lichterzeugung führen kann”, zitiert MIT News Physikprofessor Marin Soljačić. “Diese Umwandlung wird möglich, weil die elektronische Geschwindigkeit sich in Graphen der Geschwindigkeit von Licht nähern kann und damit die ‘Licht-Barriere’ durchbricht. Im Fall von Graphen führt das zur Emission einer Stoßwelle von Licht, die in zwei Dimensionen gefangen ist.”

Die Umwandlung von Elektrizität in Licht mit Hilfe von Graphen ist zwar nur eine von mehreren Möglichkeiten, sie könnte den Forschern zufolge aber eine effizientere, schnellere und besser steuerbare sein. Insbesondere hoffen sie auf lichtbasierte Schaltkreise und damit einen Durchbruch in der Computertechnik, der laut Kaminer möglicherweise bis zu millionenfach schnelleren Geräten führen könnte.

[mit Material von Brnd Kling, ZDNet.de]

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