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Neue Generation von Miniaturbauelementen zur Kommunikation in Sicht

Licht, Elektronen und Magnetismus können auf ganz neuartige Weise in kleinen Maßstäben interagieren. Hier liegt ein vielversprechendes Potenzial in Bezug auf moderne Kommunikationsnetze. Von der EU finanzierte Wissenschaftler konnten wichtige Steuermechanismen bereitstellen, um dieses Potenzial auszuschöpfen.
Neue Generation von Miniaturbauelementen zur Kommunikation in Sicht
Elektroniktechnologien sind in den meisten Miniatur- Kommunikationsnetzwerken (Nanonetzen) die erste Wahl. Chips werden jedoch von Verlusten in der Signalübertragung heimgesucht, was seine Ursachen im Widerstand, d. h. den Verlustleistungen, sowie den relativ geringen Signalübertragungsgeschwindigkeiten hat. Optische Netzwerke im Nanomaßstab sind durch die Wellenlänge des Lichts in der Größe eingeschränkt.

Plasmonikmaterialien sind vom Menschen entwickelte Metamaterialien, bei denen kohärente Elektronenschwingungen (Oberflächenplasmonen) an der Grenzfläche zwischen einem Metall und einem Dielektrikum ausgenutzt werden. Koppeln sich Oberflächenplasmonen an ein Photon, so ist ein Oberflächenplasmon-Polariton (SPP) geboren. Das Oberflächenplasmon-Polariton kann sich entlang der Metalloberfläche ausbreiten und ermöglicht auf diese Weise eine neuartige Form der Hochgeschwindigkeits- Informationsübertragung in Nanostrukturen.

Soll dies in Kommunikationsnetzen genutzt werden, muss deren Ausbreitung mit Schaltern steuerbar sein. Eine Möglichkeit zur Steuerung der Plasmonen ist ein Magnetfeld. Die Wissenschaft rief hier das EU-finanzierte Projekt "Theoretical study of molecular spin plasmonics for nanoscale communications" (TASMANIA) ins Leben, um dieses Potenzial zu erforschen.

Die Forscher untersuchten die optischen Eigenschaften und die Ausbreitung von Oberflächenplasmonen in magnetischen Wellenleitern und Hohlräumen. Hier ergaben sich wichtige Einblicke in die Bedingungen, die zu verschiedenen Ausbreitungstypen sowie Varianten der Verteilung elektrischer und magnetischer Felder führen. Die Wissenschaftler demonstrierten einen Schalteffekt als Ergebnis der Asymmetrie des elektrischen Felds. Sie modifizierten überdies die Hohlraumstrahlung durch Abstimmung der Magnetisierung des Wellenleiters und führten dadurch die Möglichkeit einer magnetischen Steuerung zum Umschalten der Feldausbreitung vor.

Die Anwendung der Plasmonik bei Kommunikationsnetzen im Nanobereich bietet im Vergleich zu den konventionellen elektrischen oder optischen Technologien eine Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung bei Miniaturbauelementen mit minimalen Verlusten. Zum nutzbringenden Einsatz muss jedoch die Ausbreitung von Oberflächenplasmon-Polaritonen mit Schaltern steuerbar sein. TASMANIA sorgte für den theoretischen und rechnerischen Nachweis des möglichen Einsatzes magnetischer Schalter zur Steuerung der Ausbreitung von Oberflächenplasmon-Polaritonen. Dieser Erfolg lässt die Zukunft der Nanokommunikation in einem deutlich helleren Licht erscheinen.

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