Technologie

3 Milliarden Bits pro Sekunde: Schwarzer Phosphor ermöglicht Turbo-Internet

Chips mit einer Schicht aus schwarzem Phosphor könnten eine neue Ära in der Datenübertragung einleiten: Beim Versenden optischer Daten erreichten Wissenschaftler dank des Materials Übertragungsraten von bis zu drei Milliarden Bits pro Sekunde. Damit könnte man einen kompletten HD-Kinofilm in 30 Sekunden herunterladen.
06.03.2015 10:40
Lesezeit: 2 min

Inhalt wird nicht angezeigt, da Sie keine externen Cookies akzeptiert haben. Ändern..

Materialforschern ist es gelungen, Nanoschichten aus schwarzem Phosphor zu kreieren. Damit wird einen neue Ära nanoelektronischer Geräte eingeleitet, so das MIT-Fachmagazin Technology Review.

Phosphor ist ein reaktionsfreudiges Element, das gemeinhin aus Streichhölzern und Düngemitteln bekannt ist. Forschern ist es jedoch gelungen, den Stoff in eine stabile kristalline Form zu bringen, den so genannten schwarzen Phosphor. Für eine neue Studie nutzten Forscher der Universität in Minnesota einen ultradünnen, nur 20 Atome starken Film aus dem Wundermaterial, um Hochgeschwindigkeits-Datenkommunikation auf optischen Nano-Schaltkreisen zu demonstrieren.

Die Wissenschaftler legten dazu dünne schwarze Phosphor-Flocken über komplexe optische Schaltkreise in Silikon-Chips. „Weil die Materialien zweidimensional sind, macht es Sinn, sie auf Chips mit flachen integrierten Schaltkreisen zu legen, um die größtmögliche Interaktion mit Licht zu ermöglichen und so ihre optoelektronischen Eigenschaften optimal zu nutzen“, so der Leiter des Forschungsteams Professor Li in einer Mitteilung.

Bei der Anwendung zeigte das Team die beeindruckende Praxistauglichkeit: Sie schickten optische High-Speed-Daten über Glasfaser und erfassten diese dann mit dem Phosphor-Detektor. Dabei erreichte das Team Datenübertragungsraten von bis zu drei Milliarden Bits oder 3 Gigabits pro Sekunde. Damit könnte man einen kompletten HD-Film in 30 Sekunden herunterladen.

Die Geräte zeigten damit enorme Steigerungen in Sachen Effizienz etwa im Vergleich zu Geräten, die das ähnliche kristalline Wundermaterial Graphen nutzen, so ein Bericht im Fachmagazin Spektrum der Wissenschaft. Das Team konnte zeigen, dass die Leistung der Phosphor-Lichtdetektoren sogar die vergleichbarer Geräte aus Germanium übertraf – das Element, das bisher als Gold-Standard bei der On-Chip-Lichterfassung galt.

Doch die Übertragung mit Phosphorhilfe soll sogar noch schneller  gehen: „Auch wenn wir bereits Hochgeschwindigkeitstauglichkeit demonstriert haben, erwarten wir für unsere Geräte noch höhere Übertragungsraten durch weitere Optimierung“, so Nathan Youngblood, der Hauptautor der Studie. „Es muss noch viel Arbeit getan werden, um die theoretischen Grenzen für ein vollständigs optimiertes Gerät überhaupt zu bestimmen.“

Wegen seiner einzigartigen Eigenschaften kann schwarzer Phosphor Licht sehr wirkungsvoll erkennen und ist daher interessant für optische Leitungen. In Glasfaserkabeln werden Signale mit Licht übertragen und sind dadurch ein vielfaches schneller als elektrisch übertragene Signale. Allerdings geht ein Teil des Signals bei langen Leitungen verloren. Phosphor hilft, das ankommende Lichtsignal so umfassend und deutlich wie möglich zu erfassen.

Optische Leitungen werden bisher meist für die Übertragung von Datenverkehr genutzt, sie werden aber auch zunehmend interessant für die Verarbeitung innerhalb der Computer selbst, etwa auf Chips, Festplatten und Prozessoren. Da die Verbraucher elektronische Geräte verlangen, die immer schneller und kleiner sind, stopfen Elektronikhersteller mehrere Prozessorkerne auf einem einzigen Chip, aber alle diese Prozessoren miteinander kommunizieren zu lassen ist eine zentrale Herausforderung für die Forscher. Das Ziel ist es, Materialien zu finden, die Hochgeschwindigkeits-on-Chip-Kommunikation unter Verwendung von Licht erlauben.

Darüber hinaus ist schwarzer Phosphor ein so genannter Direct-Band-Halbleiter, was bedeutet, er hat das Potenzial, um elektrische Signale effizient zurück in Licht umzuwandeln. Zusammen mit seiner hohen Photodetektionsfähigkeit könnte schwarzer Phosphor auch verwendet werden, um Licht in einer optischen Schaltung zu erzeugen, so dass er ein One-Stop-Lösung für optische On-Chip-Kommunikation werden könnte.

„Der Gedanke ist wirklich aufregend, ein einziges Material zu haben, das verwendet werden kann, um Daten optisch zu senden und zu empfangen, und das nicht auf ein bestimmtes Substrat oder eine Wellenlänge beschränkt ist“, so der Forscher Youngblood. „Dies könnte ein großes Potenzial für High-Speed-Kommunikation zwischen CPU-Kernen bergen, die momentan der Flaschenhals in der Computerindustrie darstellt.“

Mehr zum Thema
article:fokus_txt
DWN
Finanzen
Finanzen EU-Vermögensregister und Bargeldbeschränkungen: Risiko für Anleger

Das EU-Vermögensregister gehört derzeit zu den größten Risiken für Anleger. Daher ist es wichtig, sich jetzt zu überlegen, wie man...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Drei Anzeichen für ein brüchiges Arbeitsleben
07.07.2025

Neue Führung, neue Arbeitszeiten, neue Karriereträume: Wer im internationalen Wettbewerb mithalten will, muss verstehen, wie sich das...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Börse-Ausblick: Europa trotzt Trump – doch wie lange noch?
07.07.2025

Ein halbes Jahr voller Turbulenzen: Trump, Zölle, Währungskrise – die Börsen zeigen extreme Bewegungen. Welche Märkte profitieren,...

DWN
Wirtschaft
Wirtschaft Euro-Kurs wird zur Gefahr: Europas Exporte brechen ein
06.07.2025

Ein starker Euro, schwaches Wachstum, neue US-Zölle – Europas Wirtschaft gerät unter Druck. Die EZB warnt, doch die Lage droht zu...

DWN
Politik
Politik Neuregelung der Vaterschaft: Mehr Rechte für leibliche Väter
06.07.2025

Die Bundesregierung plant eine Reform, die leiblichen Vätern zu mehr rechtlicher Anerkennung verhelfen soll. Der Entwurf aus dem...

DWN
Immobilien
Immobilien Wohnungstausch: Wie Sie Ihre Ferienwohnung herzaubern und worauf Sie achten müssen
06.07.2025

Der Wohnungstausch boomt – günstig, persönlich und spannend. Doch wie funktioniert das Ganze wirklich, und worauf muss man achten,...

DWN
Unternehmen
Unternehmen Jungmakler mit TikTok: Wie eine Generation den Versicherungsmarkt neu denkt
06.07.2025

TikTok-Reichweite, neue Rollenbilder, klare Erwartungen: Junge Makler treiben die Disruption im unabhängigen Versicherungsvertrieb voran....

DWN
Technologie
Technologie Wäschetrockner: Neues Energie-Label einfach erklärt
06.07.2025

Seit dem 1. Juli gelten für Wäschetrockner strengere Energiekennzeichnungen. Verbraucher sollen Geräte nun besser vergleichen können....

DWN
Unternehmen
Unternehmen Praktika und Probearbeiten: Rechte, Pflichten und Fallstricke für Berufseinsteiger
06.07.2025

Viele Praktikanten kennen ihre Rechte nicht – und riskieren, ausgenutzt zu werden. Was wirklich erlaubt ist, wann Praktika bezahlt werden...