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.

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.“


Mehr zum Thema:  

DWN
Finanzen
Finanzen EU-Kommission leitet Defizitverfahren gegen Frankreich und sechs andere Ländern ein
19.06.2024

Wegen Corona und Russlands Krieg gegen die Ukraine mussten EU-Länder zuletzt keine Strafverfahren fürchten, wenn sie deutlich mehr Geld...

DWN
Politik
Politik Rentner an die Arbeit: Lindner will Steueranreize – noch dieses Jahr
19.06.2024

Fachkräftemangel: Rentner sollen länger arbeiten, um fehlende Fachkräfte zu ersetzen. Dafür möchte Finanzminister Lindner mehr...

DWN
Immobilien
Immobilien Die Mietpreisbremse: Panne oder Problemlösung?
19.06.2024

Bereits 2023 war die Mietpreisbremse ein großes Medienthema. In Großstädten wie Berlin, in denen die Mieten in den letzten Jahren...

DWN
Politik
Politik Wagenknecht-Partei: Umfragehoch entfacht Koalitionsdebatte
19.06.2024

Das Bündnis Sahra Wagenknecht (BSW) verzeichnet laut einer aktuellen Umfrage in Thüringen 21 Prozent Zustimmung und könnte somit...

DWN
Technologie
Technologie Videosprechstunden, E-Rezept und Digitale Krankschreibung – Die Zukunft der Medizin ist schon da?!
19.06.2024

In einer Zeit, in der die Digitalisierung alle Aspekte unseres Lebens durchdringt, macht auch das Gesundheitswesen keine Ausnahme....

DWN
Unternehmen
Unternehmen „Zeitenwende“ am Arbeitsmarkt: Rüstungsindustrie boomt!
19.06.2024

Früher Tabu, heute Boombranche: Die Rüstungsbranche erlebt seit Beginn des Ukraine-Krieges eine Wiederbelebung. Es läuft die größte...

DWN
Politik
Politik Verfassungsschutzbericht 2023: Mehr Extremismus und Spionage bedrohen Sicherheit
19.06.2024

Mit drastischen Zunahmen bei Extremismusdelikten und hybriden Angriffen enthüllt der Verfassungsschutzbericht 2023 die komplexen...

DWN
Politik
Politik Gastkommentar: "Europa muss den Aufstieg der Rechtsextremen bekämpfen"
19.06.2024

Europäische Nationalisten erringen bedeutende Siege und stellen das politische Gleichgewicht im Europäischen Parlament auf die Probe. Bei...