US-Forscher stellen kleinsten optischen Modulator der Welt vor

Basis ist das flexible und dünne Material Graphen - eine nur ein Atom dicke Schicht aus Kohlenstoff. Der Durchsatz liegt damit beim Zehnfachen heutiger Technik. Das Graphit in einem Bleistift würde für eine Milliarde solcher Modulatoren ausreichen.

Graphen-basierter Modulator (Bild: Ming Liu, UC Berkeley)
Graphen-basierter Modulator (Bild: Ming Liu, UC Berkeley)

Forscher der University of California in Berkeley haben einen Graphen-basierten optischen Modulator entwickelt, der die Geschwindigkeit digitaler Kommunikation nach ihrer Darstellung auf das Zehnfache des Status quo bringen könnte. Zugleich soll es sich um den kleinsten existierenden optischen Modulator handeln. Das Projekt wurde auch in der am 8. Mai erschienenen Ausgabe der Zeitschrift Nature vorgestellt.

Graphen ist eine nur ein Atom dicke Schicht aus kristallisiertem Kohlenstoff. Viele Wissenschaftler hoffen, dass es sie in die Lage versetzen wird, eines Tages die Beschränkungen von Silizium hinter sich zu lassen und einen echten Quantencomputer zu bauen. So sagen auch die kalifornischen Forscher, mit ihrer Erfindung „könnten Anwender schon bald hochauflösende 3D-Filme in voller Länge binnen Sekunden auf ein Smartphone überspielen“.

Professor Xiang Zhang erklärt: „Graphen versetzt uns in die Lage, unglaublich kompakte Modulatoren zu bauen, die das Zehnfache heutiger Technik leisten.“ Die Graphenschicht liege auf einem Wellenleiter aus Silizium auf, der Lichtimpulse leitet. Von Elektroden aus Gold und Platin ausgesandte elektrische Signale ändern dabei die Zahl an Photonen, die das Graphen absorbiert.

In der Pressemitteilung der Forscher wird zudem Feng Wang zitiert, der die Ultrafast Nano-Optics Group der Universität leitet. Ihm zufolge können Graphen-basierte Modulatoren „zu unkonventionellen Anwendungen führen, weil Graphen so flexibel ist und sich leicht mit anderen Materialien integrieren lässt. Außerdem kann man Graphen verwenden, um neue Frequenzbereiche zu modulieren, etwa im mittleren Infrarotbereich.“

Ein weiterer Vorteil: Ein Mangel an Graphen ist vorerst nicht zu erwarten. Laut Ming Liu, einem weiteren Mitautor der Studie, kann „das Graphit in einem Bleistift ausreichend Graphen liefern, um eine Milliarde optischer Modulatoren zu fertigen.“

Auch Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg experimentieren mit Graphen. Sie haben ein Verfahren entwickelt, um mittels einer integrierten Elektrode Bauelemente aus Graphen gezielt anzusteuern. Das ist eine wichtige Voraussetzung für die industrielle Verwendung der wegen ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften als eines der vielversprechendsten neuen Materialien gehandelten Kohlenstoffmodifikation. Die Entdeckung von Graphen im Jahre 2004 wurde 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

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