Abo
  • Services:
Anzeige
Photonische Kristalle sollen wie die Oberfläche von Schmetterlingsflügeln funktionieren.
Photonische Kristalle sollen wie die Oberfläche von Schmetterlingsflügeln funktionieren. (Bild: Joe Klamar/Getty Images)

Transistoren: Rechnen nach dem Schmetterlingsflügel-Prinzip

Photonische Kristalle sollen in Zukunft die trägen und energiehungrigen Transistoren ersetzen. Die Kristalle funktionieren wie die Oberfläche von Schmetterlingsflügeln.

Anzeige

Als Trägermedium für Informationen hat Licht gegenüber Elektronen eine Menge Vorteile: Es gibt kein Teilchen, das sich schneller bewegt als ein Photon. Licht hat weniger Wechselwirkungen als Elektronen mit der Umgebung und mit sich selbst. Elektronen sind zwar an sich schon winzig, doch Lichtteilchen brauchen zur Ausbreitung noch weniger Raum - und vor allem auch weniger Energie. Computer aus optischen Strukturen zu konstruieren, verspricht daher erhebliche Fortschritte. Allerdings fehlen Forschern und Industrie noch manche der Komponenten, die einen Computer ausmachen, und der fertigungstechnische Umgang mit Silizium funktioniert inzwischen derart perfekt, dass der Umstieg auf andere Technologien wie optische oder Quanten-Computer von Jahrzehnt zu Jahrzehnt verschoben wird.

Dieser Paradigmenwechsel scheint näher zu rücken. Im Fachmagazin Applied Physics Letters stellen Forscher der Züricher EPFL jetzt beispielsweise eine dem Transistor vergleichbare Struktur mit einer außergewöhnlich hohen Güte vor, die mit kleinsten Abmessungen herzustellen ist. Ihre auf den Prinzipien eines photonischen Kristalls beruhende Nano-Kavität ist im Grunde ein Loch - ein (zweidimensionales) Loch, das in der Lage ist, Photonen zu speichern wie das Gate eines Transistors.

Dass photonische Kristalle existieren, weiß man erst seit Ende der neunziger Jahre. Sie übertragen das Prinzip der Bandlücke vom Transistor in die Welt der Optik. Elektronische Halbleiter wären ohne Bandlücke nicht denkbar; in der Elektronik bezeichnet die Bandlücke all die Energieniveaus in einem Kristall, in denen sich Elektronen nicht aufhalten beziehungsweise nicht bewegen können. Ein photonischer Kristall ist nur in dem Sinne ein Kristall, dass er ebenfalls eine Bandlücke besitzt, eben für Photonen statt für Elektronen.

Das Prinzip der Natur nutzen

In einem photonischen Kristall kann sich Licht bestimmter Wellenlängen also unabhängig von seiner Bewegungsrichtung nicht ausbreiten. Damit gewinnen Ingenieure die Fähigkeit, Licht (das sich ansonsten stets geradlinig ausbreitet) durch einen Festkörper zu leiten. In der Natur gibt es dieses Prinzip ebenfalls: Dass Schmetterlingsflügel Licht in irisierender Form spiegeln, beruht zum Beispiel darauf. Auch das Farbenspiel des Opals wird von - allerdings nicht perfekt umgesetzten - periodischen Strukturen erzeugt, die mit photonischen Kristallen vergleichbar sind.

Damit ein Feststoff in dieser Weise nutzbar ist, muss man ihm im Labor ähnliche Strukturen aufprägen. Das klingt leichter, als es ist, denn für welche Wellenlängen des Lichts die Bandlücke entsteht, ist von der Strukturgröße abhängig. Bei den allerersten photonischen Kristallen haben die Forscher Millimeterlöcher in einen Keramikblock gebohrt; das Ergebnis war eine Bandlücke im Zentimeterbereich. Inzwischen ist man allerdings tatsächlich im Nanometerbereich angekommen, also bei den Wellenlängen sichtbaren Lichts. Erste Anwendungen photonischer Kristalle werden kommerziell vertrieben: So verbessern diese die gerichtete Abstrahlung einer Antenne, indem in unerwünschten Bereichen photonische Kristalle platziert werden, die die elektromagnetischen Wellen dort zuverlässig und selektiv abschirmen. Aus photonischen Kristallen lässt sich auch das weißeste Weiß herstellen: Eine Farbe, die wirklich jeden Lichtstrahl reflektiert.

Damit eine Ablösung des Transistors denkbar wird, ist allerdings eine Verbindung zur Silizium-Technik nötig. So befindet sich die winzige optische Kavität der EPFL-Forscher in einer Siliziumschicht auf einem Siliziumdioxid-Trägermaterial, wie man das von elektronischen Transistoren kennt. Dabei ist die Herstellung so gut gelungen, dass sich Photonen in der Struktur bis zu 500.000 Mal hin- und herbewegen (das ist der sogenannte Q-Faktor), bevor sie entkommen. Die Kavität funktioniert damit ähnlich wie das Gate eines Transistors, das sich von außen schalten lässt - und zwar mit einer extrem niedrigen Schaltleistung.


eye home zur Startseite
Zwangsangemeldet 13. Sep 2014

Ja, ich hab mir auch gedacht: "OK, dann braucht es sicher keine 350 Jahre mehr dafür"...

Pwnie2012 13. Sep 2014

Ja, aber der "Volksmund" versteht unter einem transistor den BJT. Das sieht man auch im...

Subsessor 12. Sep 2014

Danke, das hat mir den Tag gerettet. :D



Anzeige

Stellenmarkt
  1. Daimler AG, Stuttgart
  2. Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden, Dresden
  3. Vector Consulting Services GmbH, Stuttgart
  4. innogy SE, Essen


Anzeige
Blu-ray-Angebote
  1. 29,99€ (Vorbesteller-Preisgarantie)
  2. (u. a. Reign, Person of Interest, Gossip Girl, The Clone Wars)
  3. 49,00€ (zzgl. 4,99€ Versand oder versandkostenfrei bei Abholung im Markt)

Folgen Sie uns
       


  1. Luftfahrt

    Fliegendes Motorrad Kitty Hawk Flyer hebt ab

  2. Seagate

    Rugged-Festplatte enthält SD-Kartenleser für Drohnen

  3. Grafikkarte

    Manche Radeon RX 400 lassen sich zu Radeon RX 500 flashen

  4. Amazon

    Phishing-Kampagne ködert mit Datenschutzgrundverordnung

  5. Linux-Distribution

    Opensuse ändert erneut sein Versionsschema

  6. Ronin 2 und Cendence

    DJI präsentiert neuen Kamera-Gimbal und Drohnencontroller

  7. Festnetz

    Neue Glasfaser von Prysmian soll Spleißzeit verringern

  8. Radeon Pro Duo

    AMD bringt Profi-Grafikkarte mit zwei Polaris-Chips

  9. Mediacenter-Software

    Warum Kodi DRM unterstützen will

  10. Satelliteninternet

    Apple holt sich Satellitenexperten von Alphabet



Haben wir etwas übersehen?

E-Mail an news@golem.de


Anzeige
Creators Update: Game Mode macht Spiele runder und Windows 10 ruckelig
Creators Update
Game Mode macht Spiele runder und Windows 10 ruckelig
  1. Microsoft Zwei große Updates pro Jahr für Windows 10
  2. Windows 10 Version 17xx-2 Stromsparmodus kommt für die nächste Windows-Version
  3. Windows as a Service Die erste Windows-10-Version hat noch drei Wochen Support

Linux auf dem Switch: Freiheit kann ganz schön kompliziert sein!
Linux auf dem Switch
Freiheit kann ganz schön kompliziert sein!
  1. Digital Ocean Cloud-Hoster löscht versehentlich Primärdatenbank
  2. Google Cloud Platform für weitere Microsoft-Produkte angepasst
  3. Marktforschung Cloud-Geschäft wächst rasant, Amazon dominiert den Markt

Radeon RX 580 und RX 570 im Test: AMDs Grafikkarten sind schneller und sparsamer
Radeon RX 580 und RX 570 im Test
AMDs Grafikkarten sind schneller und sparsamer
  1. Grafikkarten AMD bringt vier neue alte Radeons für Komplett-PCs
  2. Grafikkarten AMD stellt Radeon RX 560 und Radeon RX 550 vor
  3. Grafikkarte AMDs Radeon RX 580 nutzt einen 8-Pol-Stromanschluss

  1. Re: Völliger Bullshit

    tingelchen | 18:59

  2. Re: Blöde Frage

    Mingfu | 18:55

  3. Re: Eine gute Entscheidung, nun bitte weiterhin...

    luarix | 18:54

  4. Re: Click to run

    southy | 18:50

  5. Re: Richtig und gut so

    lear | 18:49


  1. 19:00

  2. 17:59

  3. 17:30

  4. 17:10

  5. 16:49

  6. 16:26

  7. 16:11

  8. 15:56


  1. Themen
  2. A
  3. B
  4. C
  5. D
  6. E
  7. F
  8. G
  9. H
  10. I
  11. J
  12. K
  13. L
  14. M
  15. N
  16. O
  17. P
  18. Q
  19. R
  20. S
  21. T
  22. U
  23. V
  24. W
  25. X
  26. Y
  27. Z
  28. #
 
    •  / 
    Zum Artikel