Het nieuwe materiaal grafeen en zijn technologische toepassingen worden bestudeerd aan de Technische Universiteit van Wenen. Nu zijn wetenschappers erin geslaagd grafeenlichtdetectoren te combineren met halfgeleiderchips.

Vandaag, de meeste informatie wordt door licht overgedragen, bijvoorbeeld in optische vezels. Computer chips, echter, elektronisch werken. Ergens tussen de optische datasnelweg en de elektronische chips, fotonen moeten met lichtdetectoren worden omgezet in elektronen. Wetenschappers van de Technische Universiteit van Wenen zijn er nu in geslaagd om een ​​grafeen-fotodetector te combineren met een standaard siliciumchip. Het kan licht van alle belangrijke frequenties die in de telecommunicatie worden gebruikt, omzetten in elektrische signalen. De wetenschappelijke resultaten zijn nu gepubliceerd in het tijdschrift Natuurfotonica .

Computerkracht gemaakt van koolstof?

Zowel de academische wereld als de industrie hebben hoge verwachtingen van grafeen. Het materiaal, die bestaat uit een enkele laag hexagonaal gerangschikte koolstofatomen, heeft buitengewone eigenschappen. Twee jaar geleden, het team rond Thomas Müller (Instituut voor Fotonica, Technische Universiteit Wenen) toonde aan dat grafeen bij uitstek geschikt is om licht om te zetten in elektrische stroom. "Er zijn veel materialen die licht kunnen omzetten in elektrische signalen, maar grafeen zorgt voor een bijzonder snelle omzetting", zegt Thomas Müller. Dus overal waar in korte tijd grote hoeveelheden gegevens moeten worden verzonden, grafeen zal in de toekomst waarschijnlijk het materiaal bij uitstek zijn.

De onderzoekers moesten een lange weg afleggen van het basisbewijs van wat het materiaal kan doen om het daadwerkelijk in een chip te gebruiken - maar nu zijn ze erin geslaagd. Het Weense team werkte samen met onderzoekers van de Johannes Kepler Universiteit in Linz.

"Een smalle golfgeleider met een diameter van ongeveer 200 bij 500 nanometer voert het optische signaal naar de grafeenlaag. Daar, het licht wordt omgezet in een elektrisch signaal, die vervolgens in de chip kan worden verwerkt", Thomas Müller legt uit.

Veelzijdig en compact

Er zijn al pogingen gedaan om fotodetectoren van andere materialen (zoals Germanium) rechtstreeks in een chip te integreren. Echter, deze materialen kunnen alleen licht van een bepaald golflengtebereik verwerken. De onderzoekers konden aantonen dat grafeen alle golflengten die in de telecommunicatie worden gebruikt even goed kan omzetten.

De grafeen fotodetector is niet alleen extreem snel, het kan ook bijzonder compact worden gebouwd. Op een enkele chip met een oppervlakte van een vierkante centimeter zouden 20.000 detectoren passen. theoretisch, de chip zou via 20.000 verschillende informatiekanalen van data kunnen worden voorzien.

Meer snelheid, minder energie

"Deze technologieën zijn niet alleen belangrijk voor het verzenden van gegevens over grote afstanden. Optische gegevensoverdracht wordt ook steeds belangrijker voor communicatie binnen computers", zegt Thomas Müller. Wanneer grote computerclusters met veel processorkernen tegelijk werken, er moet veel informatie tussen de cores worden uitgewisseld. Omdat grafeen zeer snel kan schakelen tussen optische en elektrische signalen, deze gegevens kunnen optisch worden uitgewisseld. Dit versnelt de gegevensuitwisseling en vereist veel minder elektrische energie.