Rasante Prozessoren werden Daten mit Licht verarbeiten

Auf dem langen Entwicklungsweg kontrolliert nun ein neuer, photonischer Kristall Lichtwellen bereits an seiner Oberfläche

Photonischer Kristall
Photonischer Kristall

Kyoto (Japan) - Nicht mehr Schwärme von Elektronen, sondern Lichtteilchen sollen in Zukunft die Schaltprozesse in ultraschnellen Prozessoren übernehmen. Den noch hürdenreichen Weg in diese Zukunft der Datenverarbeitung konnten nun japanische Wissenschaftler mit einem neuen, photonischen Kristall ebnen. Ihnen gelang die Herstellung von Nanostrukturen, die Lichtwellen nicht nur in ihrem Inneren, sondern auch an der Oberfläche kontrollieren können. Erste Messungen an diesem Bauteil zukünftiger Lichtchips präsentieren sie in der Zeitschrift "Nature".

"Unser dreidimensionaler, photonischer Kristall , mit dem sich Licht bereits an der Oberfläche manipulieren und kontrollieren lässt, begründet einen neuen, vielfältigen Weg für die Photomanipulation", schreiben Kenji Ishizaki und Susumu Noda von der Universität Kyoto. Sie bauten eine hochsymmetrische Nanostruktur aus Galliumarsenid, die an einen geordneten Stapel aus Holzbalken erinnert. Das Verhalten von kurzen Laserpulsen im Infrarot-Bereich konnte dieser photonische Kristall nicht nur wie bisher in seinem Inneren beeinflussen, sondern auch an der Oberfläche. Bis zu 9000 optische Zyklen konnten die Laserpulse durchlaufen, bevor sich die eingefangenen Lichtwellen in den freien Raum verflüchtigten.

Durch diese Eigenschaft empfiehlt sich diese Nanostruktur für den Aufbau von optischen Chips, die Photonen statt Elektronen für digitale Schaltprozesse nutzen können. Kombiniert mit winzigen Lichtquellen aus so genannten Quantenpunkten sind nun zumindest Prozessoren vorstellbar, die heutige Elektronikchips um ein Vielfaches überflügeln. "Durch die Kopplung dieser optischen Pulse mit künstlichen Atomen – den Quantenpunkten – sollte die Kontrolle von Licht mit Licht möglich werden", beurteilt Sajeev John von der University of Toronto die Ergebnisse seiner japanischen Kollegen. Trotz vieler Fortschritte in dem weiten Forschungsfeld der Photonik werden allerdings noch über zehn Jahre vergehen, bevor erste Lichtchips mit ihren elektronischen Vorläufern in Konkurrenz treten können.