Revolution der Halbleiter: Lichtblitze steuern ultraschnelle Bauteile!

Revolution der Halbleiter: Lichtblitze steuern ultraschnelle Bauteile!

Ein internationales Forschungsteam, bestehend aus Physiker*innen der Universität Bielefeld und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden), hat einen bedeutenden Fortschritt in der Steuerung atomar dünner Halbleitertechnologien erzielt. Die Studie, veröffentlicht in Nature Communications, beschreibt eine neuartige Methode zur Manipulation dieser Materialien mit extrem kurzen Lichtblitzen im Terahertz-Bereich. Diese Technik könnte den Weg für eine neue Generation optoelektronischer Bauelemente ebnen, die direkt vom Licht gesteuert werden, was auf eine Revolution im Bereich der ultraschnellen Bauteile hinweist.

Terahertz-Licht, das im elektromagnetischen Spektrum zwischen Infrarot und Mikrowellen liegt, wird durch speziell entwickelte Nanoantennen in vertikale elektrische Felder verwandelt. Diese Nanostrukturen, die am IFW Dresden unter der Leitung von Dr. Andy Thomas gefertigt wurden, erreichen elektrische Feldstärken von mehreren Megavolt pro Zentimeter. Laut Dr. Dmitry Turchinovich, dem Projektleiter, bieten traditionelle elektronische Gate-Spannungen langsame Reaktionszeiten, während der neue Ansatz die Möglichkeit bietet, starke Steuersignale im Halbleitermaterial zu erzeugen und somit eine Echtzeitkontrolle der elektronischen Struktur auf Zeitskalen unterhalb einer Pikosekunde zu ermöglichen.

Neue Perspektiven für Halbleitertechnologien

Diese Fortschritte sind besonders relevant für die Entwicklung ultraschneller Signalsteuerungsgeräte, elektronischer Schalter und Sensoren. Mögliche Anwendungen reichen von Datenübertragung über ultraschnelle Kameras bis hin zu Lasergeräten. Die Forschung könnte sich nicht nur auf Kommunikationssysteme und Computing auswirken, sondern auch auf Bildgebung und Quantentechnologien.

Zusätzlich hat ein weiteres Team unter der Leitung der TU Dresden bedeutende Fortschritte in der Erforschung ultradünner Materialien erzielt. In einem Experiment am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) demonstrierten die Wissenschaftler die rasche Wechselwirkung zwischen elektrisch neutralen und geladenen, leuchtenden Teilchen, die als Exzitonen bekannt sind. Diese können in Trionen umgewandelt werden, was neue Möglichkeiten zur elektronischen und optischen Ansteuerung eröffnet. Die Ergebnisse dieses Experiments wurden in Nature Photonics veröffentlicht.

Die Schaltgeschwindigkeit in diesem neuen Verfahren ist nahezu tausendmal schneller als herkömmliche elektronische Methoden. Durch den Einsatz eines Freie-Elektronen-Lasers (FELBE) zur Erzeugung intensiver Terahertz-Pulse konnte das Team um Prof. Alexey Chernikov und Dr. Stephan Winnerl den Schaltprozess erheblich beschleunigen.

Zukunftsausblick und Anwendungen

Die Ergebnisse beider Forschungsansätze weisen auf vielversprechende technische Anwendungen in der Sensorik und optischen Datenverarbeitung hin. Zukünftige Forschungen könnten sich auf komplexe elektronische Zustände und Plattformen konzentrieren, um neuartige Modulatoren und Terahertz-Kameras mit vielen Pixeln zu entwickeln.

Die Kombination aus beiden Ansätzen zeigt, wie Terahertz-Technologie und innovative Halbleiterforschung zusammenkommen, um bedeutende Fortschritte in der Materialwissenschaft zu erzielen. Die Entwicklungen könnten nicht nur bestehende Technologien revolutionieren, sondern auch neue Anwendungsfelder erschließen und somit das Potenzial solcher Materialien voll ausschöpfen.