Weiterer Schritt zum "Lichtcomputer"
Einen Schritt in Richtung "Lichtcomputer" beziehungsweise Ersatz von Elektronik durch Photonik melden Wissenschaftler des Instituts für Halbleiter- und Festkörperphysik an der Universität Linz.
Ihnen gelang es, die Verweildauer von Ladungsträgern in Halbleitern im Bereich von wenigen Picosekunden (eine Picosekunde ist der billionste Teil einer Sekunde) exakt zu messen, wie sie nun in der renommierten Wissenschaftszeitschrift "Physical Review Letters" veröffentlichten.
Die Arbeit entstand in Kooperation mit Forschern aus den Niederlanden, Großbritannien und Deutschland und ist auch Teil des Spezialforschungsbereichs IR-ON (InfraRed Optical Nanostructures) des Wissenschaftsfonds FWF. In diesem befassen sich insgesamt zehn Arbeitsgruppen aus Österreich und Deutschland mit Silizium-Germanium-Verbindungen, deren Nanostrukturen den Einsatz optoelektronischer Chips ermöglichen sollen.
Eine "Chip-to-Chip-Kommunikation" ausschließlich durch Licht sei derzeit für die Datenverarbeitung noch nicht machbar, sagte Patrick Rauter von der Universität Linz. Ein Hauptproblem dabei ist, dass Silizium aufgrund seiner Halbleiterstruktur keine Photonen auf konventionellem Weg erzeugt. "Unkonventionell könnte es aber schon gehen" - und genau an einer solchen Lösung arbeitet das Linzer Team um Thomas Fromherz.
"Quantenkaskadenlaser" als Lösungsansatz
Die Lösung wäre ein "Quantenkaskadenlaser" auf Basis einer Silizium-Germanium-Heterostruktur. Dabei wird das Halbleitermaterial Silizium mit Schichten von Germanium versorgt. Diese Mischung könnte die Erzeugung von Laserlicht im Infrarotbereich durch quantenphysikalische Effekte erlauben.
Damit das funktioniert, müssen die Ladungsträger zwischen verschiedenen Energieniveaus hin- und herspringen, dabei aber eine bestimmte Zeit im oberen Niveau verbleiben. "Die Länge dieses Zeitraums gilt als wichtige Größe für den Quantenkaskadenlaser, da die Verweildauer der Ladungsträger im angeregten Zustand mit der Möglichkeit zur Emission von Licht eng zusammenhängt", so Rauter.
"Vielversprechendes Ergebnis"
Durch einen "Freie-Elektronen-Laser", dessen Strahl in Picosekundenlänge gepulst werden kann, gelang es den Physikern nun, die Verweildauer zu messen. Mit einem ersten Strahl wurden die Ladungsträger im Silizium-Germanium angeregt, der zweite diente dann zur Messung.
Um die Verweildauer zu verlängern, legten die Forscher ein äußeres elektrisches Feld an die Probe an. Die Veränderung dieses Feldes erlaubte es ihnen, die Rückfallzeit der Ladungsträger zwischen zwölf und 25 Picosekunden stufenlos zu regulieren. "Tatsächlich konnten wir die Relaxationszeit verdoppeln, ein vielversprechendes Ergebnis", sagte Rauter.
(APA)