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.
Auch die opto-elektronischen Eigenschaften von Graphen sind bemerkenswert: Es absorbiert Licht stärker als die meisten anderen Stoffe. Zudem erlaubt Graphen eine ganz besonders schnelle Umwandlung der Lichtsignale in elektrische Signale, ein Vorteil, wenn man große Datenmengen in kurzer Zeit übertragen will.
Wettrennen mit dem MIT
Thomas Müller und seinen Kollegen vom Institut für Photonik der TU Wien ist nun gemeinsam Linzer Kollegen gelungen, einen Graphen-Photodetektor in einen Chip einzubauen. "Ein dünner Lichtwellenleiter mit einem Querschnitt von etwa 200 mal 500 Nanometern leitet das optische Signal auf dem Silizium-Chip zu einer Graphen-Schicht. Diese wandelt das Licht in ein elektrisches Signal um, das dann direkt im Chip weiterverarbeitet werden kann", erklärte Müller.
Der Vorteil der österreichischen Entwicklung: Der Photodetektor kann Licht aus allen wichtigen Telekommunikations-Frequenzen - von 1310 bis 1650 Nanometer - in elektrische Signale umwandeln. Ein zeitgleich von Wissenschaftlern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in "Nature Photonics" vorgestellte Detektor schafft das nur in einem deutlich kleineren Wellenlängenbereich. Dafür ist der MIT-Photodetektor 16mal empfindlicher als bisherige Graphen-Detektoren, jener der Österreicher "nur" achtmal. Je empfindlicher, "desto weniger Photonen sind notwendig, um den gleichen Strom zu erzeugen", sagte Müller gegenüber der APA.
Optische Datenübertragung im Computer
Ein weiterer Vorteil des Graphen-Photodetektors ist, dass er extrem kompakt gebaut werden kann. Auf einem Chip von einem Quadratzentimeter lassen sich 20.000 solcher Detektoren unterbringen – damit könnte man den Chip theoretisch über 20.000 verschiedene Informationskanäle mit Daten versorgen.
Wichtig sind solche Technologien nicht nur für die Übermittlung von Daten über weite Strecken. Auch innerhalb von Computern gewinnt optische Datenübertragung an Bedeutung, betont der Wissenschaftler. Schließlich könne damit die Geschwindigkeit gesteigert und der Energiebedarf gesenkt werden.
Grundsätzlich hält Müller Graphen-Photodetektoren für einsatzreif. Bereits seit 2011 gebe es Sender, nun Empfänger - "jetzt beginnt dann das Engineering", sagte der Wissenschaftler, der auch an dem Projekt "Graphene" beteiligt ist, einem von zwei Vorhaben im Rahmen des groß angelegten EU-Förderprogramms "Future and Emerging Technologies Flagship" (FET-Flaggschiff), für das in den nächsten zehn Jahren jeweils etwa eine Milliarde Euro fließen soll.
science.ORF.at/APA
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