Ein Schritt in Richtung Mikrooptik

News: Ein Schritt in Richtung Mikrooptik

Viele Forscher und Industrielle prophezeien der Kombination aus Optik und Elektronik eine große Zukunft. Doch die Entwicklung optoelektronischer Bauteile ist mit vielen Hürden versehen. Eine von ihnen haben Wissenschaftler genommen, indem sie einen Halbleiter mit einem hauchdünnen magnetischen Kristall, der Licht nur in eine Richtung passieren läßt, verbunden haben.

In Laboratorien der Columbia University verbinden Wissenschaftler derzeit Licht und Elektrizität. Sie haben die wichtigen ersten Schritte unternommen, um einen Mikrochip herzustellen, der die Elektronik und deren optisches Gegenstück, die Photonik, kombiniert. Diese Technologie könnte die Kommunikation über Glasfaserkabel vereinfachen und zur Entwicklung optischer Instrumente in Miniaturformat, wie z.B. winziger Laser und implantierbarer medizinischer Sensoren, führen.

Die Wissenschaftler der Columbia University haben in Zusammenarbeit mit ihren Kollegen von der State University of New York eine nur 9 Mikrometer dünne Schicht magnetischen Granats – ein photonisches Material, das Licht nur in eine Richtung durchläßt – mit einem Halbleiter verbunden (Applied Physics Letters vom 3. November).

Das Forschungsteam feuerte mit hoher Energie Strahlen von Heliumionen knapp unter die Oberfläche eines Kristalls aus Yttrium-Eisen-Granat, um ihn von seinem Trägermaterial (Gadolinum-Gallium-Granat) zu lösen. Dann behandelten die Forscher das Gebiet mit Chemikalien, um die Verbindungen ganz zu lösen, und schnitten so eine hauchdünne Schicht magnetischen Materials von einem einzigen Kristall ab. Die Probe wurde abgehoben und mit einem hochwertigen Halbleiter verbunden.

Das Ziel dieser Bemühungen, erklärte Professor Osgood von der Columbia University, ist die Produktion von Bauteilen für optische Mikrochips, die Licht nur in eine Richtung passieren lassen. Magnetische Kristalle erfüllen in einem Magnetfeld diesen Anspruch. Gegenwärtig bewegen sich optische Botschaften per Laserlicht zu einem Isolator, der eine Destabilisierung durch Einflüsse von außen verhindert, dann zu einem Modulator, der ein Signal einmischt, anschließend zu einem Multiplexer, der Signale verschiedener Wellenlängen kombiniert, von denen jedes eine andere Botschaft trägt. Ein ähnliches System ist am Empfängerende nötig, um die im Licht enthaltene Botschaft in Ton oder Bild zu decodieren.

„Zur Zeit sind dies alles sehr unhandliche Geräte”, sagte Dr. Levy, der die neue Technik mit entwickelt hat. „Könnte man all diese optischen Schaltungen auf einem Chip unterbringen, wäre das billiger, effizienter und sicherer. Und es sind bereits viele Forschungsarbeiten im Gange, die auf die Integration dieser Bestandteile hinzielen. Unsere Arbeit ist ein wichtiger Schritt in diese Richtung.”

Eine solche Integration zwischen Photonik und Elektronik war vorher nicht möglich, weil Granat und andere magnetische Kristalle nicht auf einem Halbleiterträger wachsen können. Magnetische Isolatoren können jedoch einzig aus magnetischen Granaten hergestellt werden. Daher ergibt sich also die Notwendigkeit, so die Forscher, Granatkristalle auf Halbleitern anzubringen, um eine Brücke zu der bereits ausgereiften Halbleitertechnologie zu schaffen.

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