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Montag, 24 August 2020 13:30

Neues Material fungiert als effizienter Frequenz-Vervielfacher

von Dr. Richard Suchentrunk
Geschätzte Lesezeit: 1 - 2 Minuten

Höhere Frequenzen gleich schnellerer Datentransfer und leistungsfähigere Prozessoren. Diese Formel prägt seit Jahren die IT-Branche. Technisch jedoch ist es alles andere als einfach, Taktraten und Funkfrequenzen immer weiter zu steigern. Neue Materialien könnten diese Probleme lösen. Ein vielversprechendes Ergebnis haben nun Experimente am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) geliefert: Ein internationales Forscherteam konnte ein neuartiges Material (Cadmiumarsenid) dazu bringen, die Frequenz eines Terahertz-Strahlungsblitzes um das Siebenfache zu erhöhen: Ein erster Schritt für mögliche Anwendungen in der zukünftigen Informationstechnologie.

Wenn Smartphones Daten empfangen und Computerchips Rechnungen ausführen, ist das immer mit elektrischen Wechselfeldern verbunden, die Elektronen auf klar definierte Reisen schicken. Dabei gilt: Je höher die Frequenzen dieser Felder, umso schneller können die Elektronen ihre Arbeit verrichten und umso größere Datenübertragungsraten und Prozessorgeschwindigkeiten sind möglich. Aktuell bildet hier der Terahertz-Bereich eine Art Schallmauer, weshalb Forscher in aller Welt verstehen wollen, wie Terahertz-Felder mit neuartigen Materialien interagieren. Mit der Terahertz-Anlage TELBE besitzt das HZDR eine herausragende Quelle, mit der sich diese Wechselwirkungen detailliert untersuchen und dadurch vielversprechende Materialien identifizieren lassen. Ein möglicher Kandidat könnte zum Beispiel Cadmiumarsenid sein.

Gemeinsam mit Forschern aus Dresden, Köln und Shanghai wurde diese Verbindung untersucht. Cadmiumarsenid (Cd3As2) gehört zur Gruppe der sogenannten dreidimensionalen Dirac-Materialien. In diesen können die Elektronen sehr schnell und effizient so-wohl miteinander als auch mit schnell schwingenden elektrischen Wechselfeldern interagieren.

Zum Nachweis der Eignung erzeugten die Fachleute mit einem Spezialverfahren hauchdünne und hochreine Plättchen aus Cadmiumarsenid. Diese Materialproben beschossen sie mit starken Terahertz-Pulsen aus der TELBE-Anlage. Detektoren hinter der Rückseite des Plättchens erfassten, wie das Cadmiumarsenid auf die Strahlungspulse reagierte. Dabei konnte gezeigt werden, dass es als sehr effizienter Frequenz-Vervielfacher fungiert und diese Effizienz vor allem auch bei den sehr starken Terahertz-Pulsen, die bei TELBE erzeugt werden können, nicht verliert. Erstmals konnte das Phänomen der Terahertz-Frequenzvervielfachung bis zur siebten Harmonischen bei dieser noch jungen Materialklasse nachgewiesen werden. Das Phänomen verspricht zahlreiche Anwendungen, doch erst einmal gilt es, die Grundlagen weiter zu erkunden.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Simon Schmitt, Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein!

 

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