Nanomodulator aus Silber-Atom für Netzwerke der Zukunft

Forscher der ETH Zürich um Jürg Leuthold, Professor für Photonik und Kommunikation, haben den kleinsten integriert optischen Schalter der Welt geschaffen. Durch das Anlegen einer kleinen Spannung wird ein Atom verschoben und der Schalter ist an- oder ausgeschaltet. [...]

Legt man nun an das Silberplättchen eine Spannung an, wandert ein einzelnes – höchstens aber ein paar wenige – Silberatom zur Spitze des Zahns und platzieren sich an dessen Ende. Dadurch werden die Silber- und Platinplättchen miteinander kurzgeschlossen, so dass zwischen ihnen ein elektrischer Strom fließt. Dies schließt das Schlupfloch für das Plasmon; der Schalter kippt und der Zustand wechselt von „An“ auf „Aus“ oder umgekehrt. Sobald die Spannung wieder unter einen gewissen Schwellenwert sinkt, wandert ein Silber-Atom zurück. Die Lücke öffnet sich, das Plasmon fließt, der Schalter steht wieder auf „An“. Dieser Vorgang lässt sich millionenfach wiederholen.

Der an dieser Arbeit beteiligte ETH-Professor Mathieu Luisier hat das System mit einem Hochleistungsrechner am CSCS in Lugano simuliert. Damit konnte er bestätigen, dass der Kurzschluss an der Spitze des Silberzahns aufgrund eines einzigen Atoms zustande kommt.

ECHTES DIGITALES SIGNAL

Da sich das Plasmon nur entweder ganz oder gar nicht durch die Engstelle bewegt, entsteht ein echtes digitales Signal – eine Eins oder eine Null. „Damit erzielen wir eine digitale Schaltung wie bei einem Transistor. Nach einer solchen Lösung haben wir lange gesucht“, sagt Leuthold.

Noch ist der Modulator nicht serienreif. Zwar hat er den Vorteil, dass er – anders als andere Geräte, die in diesen Dimensionen mit Quanteneffekten arbeiten –bei Raumtemperatur läuft. Doch für einen Modulator ist er noch recht langsam: Bis anhin funktioniert er nur für Schaltfrequenzen bis in den Megahertz-Bereich. Die ETH Forscher möchten ihn noch für Frequenzen im Giga- bis Terahertz-Bereich trimmen.

LITHOGRAPHIE-VERFAHREN VERBESSERN

Auch die Lithografie-Methode, die Emboras für den Bau der Teile von Grund auf neu entwickelte, wollen sie weiter verbessern, so dass solche Bauteile in Zukunft zuverlässig erstellt werden können. Derzeit gelingt die Herstellung nur in einem von sechs Versuchen. Dies werten die Forscher allerdings bereits als Erfolg, da Lithographie-Verfahren auf der atomaren Skala Neuland sind.

Um die Forschung am Nano-Modulator weiterzuführen, hat Leuthold sein Team verstärkt. Um eine kommerziell verfügbare Lösung zu erarbeiten, wären jedoch mehr Ressourcen nötig, gibt er zu bedenken. Trotzdem ist der ETH-Professor überzeugt, mit seinem Team in den kommenden Jahren eine praktikable Lösung präsentieren zu können. (pi/rnf)