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Vergoldete Kohlenetze für schnellen Datenfunk

Hauchdünne Goldlamellen auf Graphen vervielfachen die eintreffenden Gigahertz-Impulse zu Terahertz-Signalen. Foto: HZDR/Werkstatt X

Hauchdünne Goldlamellen auf Graphen vervielfachen die eintreffenden Gigahertz-Impulse zu Terahertz-Signalen. Foto: HZDR/Werkstatt X

Helmholtz Dresden entwickelt computerchip-taugliche Terahertz-Quellen für mehr Tempo in den Netzen

Dresden/Barcelona, 20. Dezember 2020. Auf Weg hin zu künftigen Funknetzen, die weit mehr Daten in Sekundenbruchteilen laden können als heutige Smartphones, haben Jan-Christoph Deinert vom Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf (HZDR) und Klaas-Jan Tielrooij vom Catalanischen Institut für Nanowissenschaft und Nanotechnologie (ICN2) eine neuartige Terahertz-Quelle aus vergoldetem Graphen entwickelt. Entsprechend angeregt, kann diese Quelle Signale mit Billionen Schwingungen pro Sekunde (Terahertz) senden. Und sie ist so klein und genügsam beim Energieverbrauch, dass sie sich in Zukunft wahrscheinlich problemlos in Computerchips integrieren lässt. Das geht aus einer Mitteilung des HZDR-Instituts für Strahlenphysik hervor, an dem Deinert arbeitet.

Mit den starken Terahertz-Blitzen vom Freie-Elektronen-Laser im HZDR konnte das internationale Forscherteam Licht-Tsunamis im Supraleiter erforschen. Foto: HZDR/Bierstedt

Normalerweise brauchen Forscher starke Beschleuniger wie im Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, um Terahertz-Blitze zu erzeugen. Foto: HZDR/Bierstedt

Kompatibel mit Technologien in den Chipwerken

Katalonische Forscher und Forscherinnen beschichteten dafür zunächst zweidimensionale Kohlenstoff-Netze, die jeweils nur eine Atomlage hoch sind, mit dünnen Goldlamellen. Danach regten die Dresdner dieses atomare Gitter mit Signalen an – und die Quelle vervielfachte diese Strahlung bis hin zu Terahertz-Signalen. „Unser Graphen-basiertes Metamaterial wäre durchaus kompatibel mit der gängigen Halbleiter-Technologie“, betonte Deinert. „Im Prinzip ließe es sich auf gewöhnlichen Chips integrieren.“

Internationales Gemeinschaftsprojekt

Derartige Terahertz-Chips könnten in Zukunft beispielsweise leistungsstärkere WLAN- und Mobilfunknetze ermöglichen, aber auch kleinere „Nacktscanner“ auf Flughäfen oder materialanalyse-Geräte. All dies war ein Gemeinschaftsprojekt des HZDR, des ICN2, des Institutes of Photonic Sciences (ICFO), der Universität Bielefeld, der Technischen Universität Berlin und des Mainzer Max-Planck-Instituts für Polymerforschung.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quelle: HZDR

Wissenschaftliche Publikation:

J.-C. Deinert, D. Alcaraz Iranzo, R. Perez, X. Jia, H. Hafez, I. Ilyakov, N. Awari, M. Chen, M. Bawatna, A. Ponomaryov, S. Germanskiy, M. Bonn, F.H.L. Koppens, D. Turchinovich, M. Gensch, S. Kovalev, K.J. Tielrooij: Grating-Graphene Metamaterial as a Platform for Terahertz Nonlinear Photonics, in ACS Nano, 2020 (DOI: 10.1021/acsnano.0c08106)

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