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Attosekundenphysik: Schalten mit Lichtblitzen

Die elektronische Signalverarbeitung wird immer schneller. Bei der Weiterentwicklung der nötigen Bauteile stoßen Ingenieure jedoch allmählich an die Grenzen des technisch Machbaren. Einen möglichen Ausweg bieten ultrakurze Laserpulse.
Lichtpulse treffen auf Chip aus QuarzkristallLaden...

Ein kleines elektrisches Bauteil führte Mitte des 20. Jahrhunderts zu einer technischen Revolution: Der Feldeffekttransistor erlaubte es fortan, Strom relativ einfach zu beeinflussen und begründete so unsere moderne Datenverarbeitung und Kommunikation.

Heute enthält der Prozessor eines Smartphones rund eine Milliarde dieser Transistoren. Jeder von ihnen ist nur etwa 20 Nanometer groß – kleiner noch als viele Viren. Doch die stetige Miniaturisierung der Schaltkreise wird bald an physikalische Grenzen stoßen. Brauchen wir also eine neue Revolution?

Das Funktionsprinzip ist seit den ersten Feldeffekttransistoren im Wesentlichen gleich geblieben. Das Bauteil besteht aus Halbleitern, in denen Strom normalerweise nicht fließt. Erst eine kleine angelegte Spannung "legt den Schalter um" und macht das Material leitfähig für elektrischen Strom.

Der Gedanke, der dieses Prinzip revolutionieren könnte: Obwohl die Bauelemente nicht unbegrenzt verkleinert werden können, ließen sich Schaltvorgänge dennoch radikal beschleunigen – mit Hilfe von Lichtwellen. Statt konventionell angelegter Spannungen könnten die elektrischen Felder von Laserblitzen Ströme durch die Schaltkreise fließen lassen und dabei wesentlich schnellere Geschwindigkeiten erlauben. Ließe sich ein Transistor mit dem Feld eines Laserpulses steuern, wie sie heute etwa bereits in Medizin und Materialbearbeitung eingesetzt werden, wären diese Vorgänge innerhalb von Femtosekunden (Millionstel einer Milliardstel Sekunde) möglich und damit noch viele tausende Male schneller als die Schaltzyklen bei den besten herkömmlichen Transistoren. ...

August 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft August 2014

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  • Quellen

Krausz, F., Stockman, M.: Attosecond Metrology: From Electron Capture to Future Signal Processing. In: Nature Photonics 8, S. 205 - 213, 2014

Schiffrin, A. et al.: Optical-Field-Induced Current in Dielectrics. In: Nature 493, S. 70 - 74, 2013

Schultze, M. et al.: Controlling Dielectrics with the Electric Field of Light. In: Nature 493, S. 75 - 78, 2013