Universität Duisburg-Essen: Optische Technologien für schnellere Computer

Licht mit Wespentaille

| Autor: Ludger Schmitz

Bei Glasfasern kein Problem, aber für Chips ist Licht zu "dick".
Bei Glasfasern kein Problem, aber für Chips ist Licht zu "dick". (Bild: bykst / Pixabay-246270 / CC0)

Elektronische Siliziumchips sind zu langsam, mit Licht ginge es schneller. Das ist aber zu dick für heute mögliche Chip-Baugrößen. Es zu verschlanken und Elektronen in Gold anzuregen, wäre ein Zwischenschritt.

Für richtig große Datensätze sind auch die schnellsten Siliziumchips nur Engpässe. Klimaforschung, Teilchenphysik und die Gehirnsimulation stoßen an diese Grenzen. Die Lösung könnten optische Chips sein, die mit Lichtgeschwindigkeit arbeiten. Die würden aber klobig ausfallen.

"Dickes" Licht würde Chips klobig machen

Denn Licht ist „dick“. Es ist eine Welle, die durch die Wellenlänge bestimmt ist. Mit 800 Nanometern (nm) schwingendes Licht ließe sich minimal auf einen Fleck von 400 nm fokussieren. Zum Vergleich: Heute sind schon Halbleiterbauelemente mit weniger 20 nm Strukturbreite am Markt üblich. Auch bis an die physikalische Grenze gebündeltes Licht würde also vergleichsweise riesige Chips zur Folge haben.

Um das Problem zu umgehen, arbeiten die Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen (UDE) gemeinsam mit Kollegen der Universitäten Stuttgart und Haifa (Israel) stattdessen mit Elektronenwellen, die sich ebenfalls nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, bei gleicher Frequenz aber eine kleinere Wellenlänge haben.

Eine goldene Brücke

Dazu beschichtete die Gruppe in Stuttgart eine Unterlage aus Silizium mit einer nur rund 60 nm hohen, atomar glatten Goldschicht. Regt man diese Schicht mit Licht von 800 nm Wellenlänge an, werden die Elektronen im Gold in Schwingung versetzt. Diese Schwingung breitet sich an der oberen und unteren Oberfläche des Edelmetalls als Welle aus – ähnlich wie bei Wasser, in das man einen Stein geworfen hat.

Messungen ergaben, dass die an der Goldunterseite entlanglaufenden Elektronenwellen nur ein Dreizehntel der ursprünglich anregenden Lichtwellenlänge haben. Der Fokusfleck ließ sich so auf einen Durchmesser von 60 nm reduzieren.

* Ludger Schmitz ist freiberuflicher Journalist in Kelheim.

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