Wien – Forscher am IBM Thomas J. Watson Forschungszentrum und der Technischen Universität Wien haben erstmals Photodetektoren gefertigt, die aus einer einzelnen Lage Kohlenstoff-Atomen bestehen. Dieses optoelektronische Bauelement ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu superschnellen Computersystemen der Zukunft, für die Graphen allgemein als großer Hoffnungsträger gilt. Die Forschungsergebnisse wurden nun in der Wissenschaftszeitschrift Nature Photonics online publiziert.

Graphen könnte längerfristig Silizium ablösen. Die zweidimensionalen Kohlenstoffkristalle gelten nicht nur als das dünnste, steifste und stärkste bekannte Material. Sie besitzen auch die höchste Wärmeleitfähigkeit, sind absolut undurchlässig für Gase und leiten elektrischen Strom besser als alle anderen Materialien.

Nun hält das Material auch Einzug in die Opto-Elektronik. Graphen absorbiert Licht mindesten zehnmal stärker als die meisten anderen Stoffe. Dadurch ist Graphen, obwohl nur eine Atomlage dünn, mit freiem Auge sichtbar. Die damit realisierten Photodetektoren können nicht nur zehnmal kleiner, sondern auch zehnmal schneller als mit anderen Materialien hergestellt werden. Weiterer Vorteil: Im Gegensatz zu herkömmlichen Detektoren arbeiten die Bauteile aus Graphen bei jeder Wellenlänge, wie Müller, der zwei Jahre als Postdoc in dem IBM-Forschungszentrum in Yorktown Heights (US-Bundesstaat New York) gearbeitet hat.

Revolution fürs Internet

Damit könnten sie laut TU die Datenübertragung im Internet revolutionieren, wo Photodetektoren dazu verwendet werden, die mit Licht übertragene Information elektronisch weiterzuverarbeiten. Dazu wird Licht in elektrische Signale umgewandelt. Die erste Generation der Photodetektoren arbeitet bereits bei einer Datenrate von zehn Gigabit pro Sekunde, also so schnell wie jene Detektoren, die in heutigen Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen eingesetzt werden. Untersuchungen würden zeigen, dass mit der neuen Technologie Datenraten von bis zu einem Terabit pro Sekunde, also 100mal schneller, zu erwarten seien.

"Um in Zukunft das Potenzial der schnellen Elektronik voll ausnützen zu können, wird es notwendig sein, Optoelektronik mit 'gewöhnlicher' Elektronik auf einem Chip zu kombinieren", erklärt der Elektrotechniker Thomas Müller

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Halbleiter-Detektoren kann bei den Graphen-Detektoren keine externe Spannung angelegt werden. Die für das Erkennen von Lichtteilchen notwendigen elektrischen Felder werden bei den Kohlenstoff-Bauteilen durch einen Trick erzeugt: Sie entstehen intern an der Grenzfläche zwischen Graphen und Metallen. Mit einer ausgeklügelten Kombination von Palladium- und Titan-Elektroden werden Photodetekoren geschaffen, die ohne externe Spannung auskommen. (red/APA)