Geschwindigkeitsrekord mit Graphen-Photodetektoren

Da große Datenmengen über Glasfasern mittels Licht übertragen werden, braucht es schnelle Übersetzer in elektrische Signale, mit denen Computerchips arbeiten. Forscher der Technischen Universität (TU) Wien und der deutschen Firma AMO GmbH haben nun einen neuen Rekord für ein solches Übersetzungssystem auf Basis von Graphen erzielt, wie sie im Fachblatt „NanoLetters“ berichten.

Aufgrund seiner bemerkenswerten Eigenschaften zieht Graphen, das aus nur einer einzigen Schicht wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome besteht, seit einigen Jahren viel Aufmerksamkeit in vielen Bereichen der technologischen Forschung auf sich. Eine der Besonderheiten des „Wundermaterials“ macht es auch als Mittler zwischen optischen und elektrischen Signalen attraktiv: „Es hat sich nämlich gezeigt, dass diese Umwandlungseffekte in Graphen sehr schnell vonstattengehen“, sagte Simone Schuler vom TU-Institut für Photonik.

„Das müssen wir ausreizen“

Mit Photodetektoren auf Graphen-Basis wurde auch an der TU Wien in der Vergangenheit bereits experimentiert. Die Übertragungsrate, die mit ersten Ansätzen erreicht wurde, lag allerdings noch weiter davon entfernt, was mit Graphen aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften möglich wäre. „Wir haben uns daher gedacht: Das müssen wir ausreizen“, sagte Schuler.

Bei dem nunmehrigen Detektor wird das Licht in zwei Siliziumstreifen geführt, die voneinander getrennt sind. Über dieser Wellenleiterstruktur liegt eine Graphenschicht, an der elektrische Kontakte anliegen. Über den Leiter gelangen die Lichtsignale in das System. Das absorbierte Licht erzeugt dann wiederum eine Spannung in der Graphenschicht. Dieses elektrische Signal wird an den beiden Kontakten gemessen.

Signifikante Steigerung

Mit diesem Aufbau erreichten die Wissenschaftler Übertragungsraten von 100 Gigabit pro Sekunde und mehr. Das ist eine signifikante Steigerung gegenüber Übertragungsraten von ungefähr 40 Gigabit pro Sekunde mit Graphen-Detektoren. „Da haben wir mit unserem Bauteil doch einen großen Schritt nach vorne gemacht“, so Schuler.

Bisher basieren solche Übertragungssysteme auf Materialien wie Germanium oder Indiumphosphid. Damit können Bitraten von rund 40 Gigabit pro Sekunde erreicht werden. Der größte Nachteil solcher Systeme ist laut der Forscherin allerdings, dass sie sich nur schwer auf Silizium-Chips integrieren lassen. Mit Graphen täte man sich hier um einiges leichter.

Das neue Konzept illustriere vor allem das Potenzial des Materials auf dem Gebiet. „Von einer Produktreife im Sinne der serienmäßigen Integration in Chips sind wir allerdings noch weit entfernt“, erklärte Schuler.