Tu Wien: Graphen-Photodetektor bricht Geschwindigkeitsrekord

3. Jänner 2017, 15:22
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Neues System ermöglicht Übertragung von 100 Gigabit pro Sekunde

Wien – Da große Datenmengen über Glasfasern mittels Licht übertragen werden, braucht es schnelle Übersetzer in elektrische Signale, mit denen Computerchips arbeiten. Forscher der Technischen Universität (TU) Wien und der deutschen Firma AMO GmbH haben nun einen neuen Rekord für ein solches Übersetzungssystem auf Basis von Graphen erzielt, wie sie im Fachblatt "Nano Letters" berichten.

Aufgrund seiner bemerkenswerten Eigenschaften wird Graphen, das aus nur einer einzigen Schicht wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome besteht, intensiv beforscht. Eine der Besonderheiten des Materials macht es auch als Mittler zwischen optischen und elektrischen Signalen attraktiv: "Es hat sich nämlich gezeigt, dass diese Umwandlungseffekte in Graphen sehr schnell vonstatten gehen", sagte Simone Schuler vom TU-Institut für Photonik.

Mit Photodetektoren auf Graphen-Basis wurde an der TU Wien bereits in der Vergangenheit experimentiert. Die Übertragungsrate, die mit ersten Ansätzen erreicht wurde, lag allerdings noch weit davon entfernt, was mit Graphen aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften möglich wäre. "Wir haben uns daher gedacht: Das müssen wir ausreizen", so Schuler.

Deutliche Steigerung

Bei dem nunmehrigen Detektor wird das Licht in zwei Siliziumstreifen geführt, die voneinander getrennt sind. Über dieser Wellenleiterstruktur liegt eine Graphenschicht, an der elektrische Kontakte anliegen. Über den Leiter gelangen die Lichtsignale in das System. Das absorbierte Licht erzeugt dann wiederum eine Spannung in der Graphenschicht. Dieses elektrische Signal wird an den beiden Kontakten gemessen.

Mit diesem Aufbau erreichten die Wissenschafter Übertragungsraten von 100 Gigabit pro Sekunde und mehr. Das ist eine signifikante Steigerung gegenüber Übertragungsraten von ungefähr 40 Gigabit pro Sekunde mit Graphen-Detektoren. "Da haben wir mit unserem Bauteil doch einen großen Schritt nach vorne gemacht", so Schuler.

Bisher basieren solche Übertragungssysteme auf Materialien wie Germanium oder Indiumphosphid. Damit können Bitraten von rund 40 Gigabit pro Sekunde erreicht werden. Der größte Nachteil solcher Systeme ist laut der Forscherin allerdings, dass sie sich nur schwer in Silizium-Chips integrieren lassen. Mit Graphen wäre dies um einiges einfacher.

Das neue Konzept illustriere vor allem das Potenzial des Materials auf dem Gebiet. Schuler: "Von einer Produktreife im Sinne der serienmäßigen Integration in Chips sind wir allerdings noch weit entfernt." (APA, 3.1.2017)

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