Downloaden mit 30 Gigabyte pro Sekunde?

Modell von Graphen (Bild: AlexanderAlUS, CC-BY-SA 3.0)

Modell von Graphen (Bild: AlexanderAlUS, CC-BY-SA 3.0)

Graphen ist eigentlich nichts anderes als ganz normaler Kohlenstoff. Aber Kohlenstoff ist enorm wandlungsfähig. Die Mine eines Bleistifts besteht aus Kohlenstoff; genauso wie ein Diamant. Es kommt eben immer darauf an, wie die einzelnen Atome angeordnet sind. Und bei Graphen geschieht das auf eine ganz besondere Art und Weise. Graphen ist zweidimensional; zumindest so zweidimensional, wie es in der realen Welt möglich ist. Es besteht nur aus einer einzigen Lage von Atomen, die wie Bienenwaben angeordnet sind. So etwas dürfte eigentlich gar nicht existieren; eigentlich sollten solche rein zweidimensionalen Strukturen instabil sein. Das hat Konstantin Novoselov und Andre Geim von der Universität Manchester allerdings nicht abgehalten trotzdem zu probieren Graphen herzustellen. Die Hartnäckigkeit hat sich ausgezahlt: 2004 waren sie erfolgreich; wider Erwarten erwies sich das Graphen doch als stabil; man hatte seine Eigenschaften falsch eingeschätzt. Novoselov und Geim erhielten 2010 für ihre Entdeckung den Nobelpreis für Physik und Graphen entwickelt sich langsam, aber sicher zum Wundermaterial, mit dem alles möglich zu sein scheint.

Es ist zum Beispiel enorm steif und fest und wäre ein mögliches Material, um daraus das Seil eines “Weltraumlifts” zu machen; also quasi ein Fahrstuhl, der vom Erdboden bis in knapp 36.000 Kilometer Höhe reicht (einmal gebaut, könnte man damit Material wesentlich effizienter und billiger ins All bringen als mit den Raketen, die heute verwendet werden). Normale Materialien würden da unweigerlich unter ihrem eigenen Gewicht reißen – Graphen nicht. Weltraumlifte sind allerdings momentan eher unter Science-Fiction einzuordnen. Wesentlich konkreter sind die Möglichkeiten, die Graphen in der Photonik oder Optoelektronik bietet. Hier wurden in den letzten Jahren schon viele Experimente durchgeführt und alle zeigen, dass sich Graphen anscheinend wirklich wunderbar eignet, um neue Bauteile für die Mikroelektronik zu entwickeln. In der Optoelektronik geht es darum, Licht und Halbleiterelektronik zu kombinieren. Man will elektronische Daten in Lichtsignale umwandeln und umgekehrt. Und gerade das scheint Graphen besonders gut zu können.

MGM-Detektor (Ulrich et al, 2011, Nano Letters)

MGM-Detektor (Ulrich et al, 2011, Nano Letters)

Alexander Urich, Karl Unterrainer und Thomas Mueller von der Technischen Universität in Wien haben kürzlich einen sogenannten “MGM-Photodetektor” gebaut, der mehr leisten kann als alle anderen. “MGM” steht hier für “Metall – Graphen – Metall” und der Detektor bestand aus einem Siliziumchip mit einer sehr dünnen (300 Nanometer) Schicht Siliziumdioxid, auf das eine Graphenlage aufgebracht wurde. Darauf befinden sich dann noch dünnere (20 bis 40 Nanometer) Kontakte aus Titan und Gold. Mit so einem Photodetektor lies sich eine Reaktionszeit von nur 2,1 Picosekunden erreichen. Das entspricht einer Frequenz von 262 Gigahertz. Theoretisch würden sich so Daten mit einer Rate von bis zu 30 Gigabyte pro Sekunde übertragen lassen! Bis wir jetzt aber tatsächlich Computer haben, die solche Geschwindigkeiten erreichen, werden wir wohl noch ein wenig warten müsssen. Die Forschung hat gerade erst begonnen und ist noch weit von einer kommerziellen Verwertung entfernt. Aber wir dürfen gespannt sein…


(Alexander Urich, Karl Unterrainer, Thomas Mueller: “Intrinsic response time of graphene photodetectors”, Nano Letters, DOI: 10.1021/nl2011388, Volltext bei arXiv)

Florian Freistetter

Florian Freistetter ist Astronom. Er promovierte am Institut für Astronomie der Universität Wien und hat danach an der Sternwarte der Universität Jena und dem Astronomischen Rechen-Institut in Heidelberg gearbeitet. Zur Zeit lebt er in Jena, arbeitet dort an der Dynamik der extrasolaren Planeten, ärgert sich mit den Details der DFG-Antragstellung herum und bloggt über Wissenschaft.

3 Antworten

  1. Pingback: Superschnelle Datenübertragung dank Graphen | Steffen's Wissensblog

  2. Robert

    Also 30GigaByte/Sekunde schafft mein PC hier locker, gut nur im CPU-Cache und der ist auch nur 4MB aber dafür im L1 sogar deutlich schneller.

    Hach, wir brauchen schnellere Massenspeicher…

  3. Pingback: Nanopapier und Nanoröhren: Neue Materialien aus Kohlenstoff | Forschungs-Blog