Optische Computer

Wiener Forscher entwickeln Licht-Transistor

(Bild: TU Wien)

Physiker der TU Wien haben eine Möglichkeit gefunden, die Schwingungsrichtung von Lichtstrahlen mit relativ geringem technischem Aufwand gezielt zu drehen. In Kombination mit einem Polarisationsfilter, der nur bestimmte Schwingungsrichtungen durchlässt, entstehe ein effizienter, miniaturisierbarer Transistor für Licht, den man für den Aufbau neuartiger optischer Computer verwenden könnte, hieß es am Dienstag in einer Aussendung der Universität.

Bei einem Transistor, einem der wichtigsten und vielfältigsten Bauelemente der Elektronik, wird ein elektrischer Stromfluss abhängig von einem zusätzlichen Eingangssignal gesteuert. Je nach Schaltung fließt der Strom oder nicht. Dieses "Ein/Aus-Prinzip" ist auch die Grundlage des Binärcodes von Computern.

"Die Bauteile heutiger Computer, in denen Information nur in Form von elektrischen Strömen weitergegeben wird, können kaum noch grundlegend verbessert werden. Die Ströme durch Licht zu ersetzen würde ganz neue Möglichkeiten bringen", so Andrei Pimenov (rechts im Bild) vom Institut für Festkörperphysik der TU.

Faraday-Effekt als Schlüssel
Als Schlüssel dazu haben die Wiener Physiker die Schwingungsrichtung (Polarisationsrichtung) des Lichts identifiziert. Bestimmte Materialien haben die Eigenschaft, die Schwingungsrichtung zu drehen, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden – man spricht vom sogenannten Faraday-Effekt.

Unter normalen Bedingungen ist dieser Effekt sehr klein. Bereits vor zwei Jahren war es Pimenov und seinem Team jedoch gemeinsam mit deutschen Kollegen gelungen, diesen Effekt massiv zu verstärken, indem sie das Licht durch spezielle hauchdünne Halbleiter-Plättchen aus Quecksilber-Tellurid schickten und ein Magnetfeld anlegten.

"Verwendet man einen Elektromagneten, um den Effekt zu steuern, benötigt man sehr starke Ströme", erklärt Pimenov. Nun schafften es die Physiker aber, die Drehung von Strahlen im Terahertz-Bereich lediglich durch Anlegen elektrischer Spannung von weniger als einem Volt zu steuern, was das System stark vereinfacht und auch schneller macht.

Wie stark der Faraday-Effekt auftritt, wird nicht mehr durch Veränderungen in der Stärke des Magnetfeldes, sondern durch die Anzahl der Elektronen, die an dem Prozess beteiligt sind, bestimmt. Es genügen also ein Permanentmagnet und eine Spannungsquelle, um die Polarisationsrichtung zu verändern.

Spannung entscheidet, ob Licht ankommt
Schickt man das Licht dann durch einen Polarisationsfilter, kann es je nach Schwingungsrichtung gezielt durchgelassen oder abgeblockt werden. "Das Anlegen einer äußeren Spannung entscheidet darüber, ob Strom fließt oder nicht - und in unserem Fall entscheidet die Spannung eben, ob das Licht ankommt oder nicht", so der Physiker. Das entspricht der logischen Schaltung eines Transistors.

Die Frequenz der Terahertz-Strahlung entspreche der Taktfrequenz, die womöglich die übernächste Generation von Computern erreichen wird. Neben möglichen Anwendungen in künftigen optischen Computern könnte Terahertz-Strahlung laut TU Wien auch für bildgebende Verfahren oder in der Sicherheitstechnik am Flughafen eingesetzt werden.