15 Sep. Terahertzlicht ersetzt Strom in der ultraschnellen Halbleitersteuerung
Sekrechte elektrische Felder in atomar dünnen Halbleitern, die beispielsweise Transistoren und andere Bauelemente schalten, werden traditionell durch elektronische Gate-Spannungen erzeugt, was jedoch auf vergleichsweise langsame Reaktionszeiten beschränkt ist. Physikerinnen und Physiker der Universität Bielefeld und des Leibniz-Instituts für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden (IFW Dresden) haben nun eine Methode entwickelt, bei der Terahertzlicht (THz) anstatt Strom zu Erzeugung des Steuersignals im Halbleiter genutzt wird. Thz-Licht liegt im elektromagnetischen Spektrum zwischen Infrarot und Mikrowellen Für die Umwandlung entwickelten die Forschenden spezielle Nanoantennen. Die damit erzeugten senkrechten elektrischen Felder erreichen eine Stärke von mehreren Megavolt pro Zentimeter.
Die Technik ermöglicht eine Echtzeitkontrolle der elektronischen Struktur auf Zeitskalen unterhalb einer Pikosekunde. Das grundlegende Konzept sowie die experimentelle Umsetzung und theoretische Modellierung entwickelte die Universität Bielefeld.
Die komplexen Nanoantennen wurden am IFW Dresden gefertigt. Der Leiter des Projekts, Physikprofessor Dr. Dmitry Turchinovich von der Universität Bielefeld, erklärt: „Unser Ansatz nutzt das Terahertzlicht selbst zur Erzeugung des sehr starken Steuersignals innerhalb des Halbleitermaterials – und erlaubt damit eine industrietaugliche lichtgesteuerte ultraschnelle optoelektronische Technologie, die bisher nicht möglich war.“
Projektleiter Professor Dr. Dmitry Turchinovich. Bild: Mike-Dennis Mueller
Die Entwicklung könnte nach Angaben der Forschenden zu ultraschnellen Signalsteuerungsgeräten, elektronischen Schaltern und Sensoren führen. Solche Komponenten werden etwa zur Datenübertragung, in ultraschnellen Kameras oder Lasergeräten eingesetzt. Potenzielle Anwendungsgebiete sind Kommunikationssysteme, Computing, Bildgebung und Quantentechnologien.
Originalveröffentlichung:
[Tomoki Hiraoka et al.: Terahertz field effect in a two-dimensional semiconductor; Nature Communications, DOI: 10.1038/s41467-025-60588-6, veröffentlicht am 05.06.2025]
Quelle und Bild: www.uni-bielefeld.de