Technologie

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

Lesezeit: 2 min
06.03.2015 10:40
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.
3 Milliarden Bits pro Sekunde: Schwarzer Phosphor ermöglicht Turbo-Internet

Mehr zum Thema:  
Benachrichtigung über neue Artikel:  

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.“

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


Mehr zum Thema:  

DWN
Ratgeber
Ratgeber Ausweg aus der Krise durch alternative Bezahlplattform

Das Vertrauen in die Banken und die Politik schwindet zusehends. Die aktuell schwierige wirtschaftliche Lage, welche aufgrund der Covid-19...

DWN
Politik
Politik China ist der größte Profiteur der Corona-Krise

Vor einem Jahr erlebte die zweitgrößte Volkswirtschaft wegen der Corona-Krise einen schweren Einbruch. Nun legt sie den größten...

DWN
Politik
Politik Östliches Mittelmeer: Großmächte kämpfen um das Herz der Welt

Im östlichen Mittelmeer wetteifern die internationalen Mächte um Einfluss auf Energieressourcen, Pipelines und die Handelsstraße zur...

DWN
Deutschland
Deutschland Merkel im Alarm-Modus: „Das Virus verzeiht keine Halbherzigkeiten“

Bundeskanzlerin Angela Merkel hat für die Verschärfung des Infektionsschutzgesetzes im Kampf gegen die Coronavirus-Pandemie geworben.

DWN
Finanzen
Finanzen Milliarden-Verlust: Realzins pulverisiert deutsche Spareinlagen

Der Realzins dreht im ersten Quartal mit minus 1,25 Prozent wieder ins Negative. Das heißt, dass die Ersparnisse der Deutschen im 1....

DWN
Finanzen
Finanzen Hunderte Börsenfonds sind bereits in Bitcoin investiert

Hunderte von ETFs halten teils erhebliche Mengen Bitcoin in ihren Portfolios. Dies ihre Performance in den letzten Monaten deutlich...

DWN
Finanzen
Finanzen Internet-Gigant JD.com - lohnt sich der Einstieg?

DWN-Börsenexperte Andreas Kubin analysiert die Aussichten für die Aktie des chinesischen Online-Händlers JD.com.

DWN
Finanzen
Finanzen Starkes China-Wachstum lässt Dax an Rekord-Marke kratzen

Heute Morgen ist das eingetreten, was sich viele Börsianer in der laufenden Woche erhofft hatten: Der Dax hat zumindest einmal kurz die...

DWN
Politik
Politik Österreichs Kanzler Kurz erhält deutschen „Freiheitspreis der Medien“

Österreichs Kanzler Sebastian Kurz erhält in diesem Jahr den „Freiheitspreis der Medien“. Er habe sich in besonderer Weise für die...