Science
01.03.2016

Neuer Ansatz für optische Datenübertragung im Computerchip

Linzer Forscher haben einen Quantenpunktlaser auf Siliziumbasis entwickelt.

Datenübertragung durch Lichtsignale ist allgegenwärtig - im Inneren von Computerchips ist die Technologie jedoch noch nicht angekommen. Dort werden nach wie vor elektrische Signale über Kupferleitungen übertragen. Die Entwicklung eines neuen Quantenpunktlasers könnte hier Abhilfe schaffen, wie Forscher der Universität Linz nun im Fachjournal „ACS Photonics“ berichten.

Herkömmliche Computerchips feine Kupferleitungen zur elektrischen Übertragung von Signalen. Die Widerstände dieser Leitungen führen nicht nur zu Limitierungen der Geschwindigkeit, sie verursachen auch beträchtliche Energieverluste. Die Verwendung von Lichtsignalen, wie sie etwa im Internet schon längst üblich ist, würde auch hier großes Potenzial für Verbesserungen tragen.

Das Problem dabei ist jedoch das verwendete Material: Computerchips bestehen aus Silizium, einem sogenannten indirekten Halbleiter, der Licht nur sehr ineffizient erzeugen kann. Direkte Halbleiter eignen sich zur Lichtherstellung viel besser, lassen sich aber nur unter unwirtschaftlich hohem Aufwand in einen Chip integrieren.

Leuchtende Quantenpunkte

Die Forschergruppe um Martyna Grydlik und Moritz Brehm vom Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der Universität Linz hat nun jedoch einen vielversprechenden neuen Ansatz zur Lösung des Problems vorgestellt. Ihnen ist es gelungen, Quantenpunkte, also wenige Millionstel Millimeter große Objekte, auf einer Siliziumoberfläche zu erzeugen und diese zum Leuchten zu bringen. „Unsere Quantenpunkte bestehen aus Germanium, einem Material, das verhältnismäßig leicht auf Silizium aufgebracht werden kann“, erklärt Brehm. „Wie Silizium selbst ist es zwar an sich nicht als Lichtquelle geeignet, die spezielle Struktur der Punkte ermöglicht dennoch eine effiziente Erzeugung von Photonen.“

Die Quantenpunkte wirken dabei wie winzige Käfige für die an der Erzeugung des Lichtes beteiligten Ladungsträger. „Indem man sie einsperrt, werden sie über quantenphysikalische Effekte passend gemacht für die Erzeugung von Photonen“, so Brehm.

Machbarkeitsstudie

Noch handelt es sich bei der neuen Methode um eine reine Machbarkeitsstudie. So erfolgt die Anregung der Quantenpunkte noch nicht über Elektrizität, wie es für die Verwendung in einem Chip nötig wäre, sondern über eine äußere Lichtquelle. Den Forschern zufolge sollte es jedoch möglich sein, die Methode zu adaptieren. Somit könnten in Zukunft elektrische Signale in optische umgewandelt und so innerhalb eines Chips weitergeleitet werden.