Helmholtz-Zentrum
Highspeed-Datenübertragung mit Mangan-Gallium-Komposits
Das Helholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und das Trinity College Dublin haben dünne Mangan-Gallium-Schichten dazu gebracht, Strahlung im Terahertz-Frequenzbereich auszusenden. In WLAN-Funksendern könnten sie ungeahnte Datenübertragungsraten erreichen, wie sie künftig im IoT benötigt werden.
»Wir halten diesen Ansatz für technologisch sehr interessant«, sagt Dr. Michael Gensch, Leiter einer Arbeitsgruppe am HZDR in Dresden Rossendorf. Sein Team hat die neuen Schichten mit Lasern und kurzen, starken Terahertz Pulsen vermessen. Bisher konnten nur »einfarbige« Teraherzt-Strahlen mit großem Aufwand erzeugt werden. Die Mangan-Gallium-Dünnschichten können hingegen preiswert als Terahertz-Strahlenquelle mit exakt einstellbarer Wellenlänge fungieren. »Ich halte es für sehr gut vorstellbar, dass es möglich ist, diese Schichten auf Chips zu integrieren«, sagt Dr. Alina Deac ein, Leiterin der Helmholtz-Nachwuchsgruppe für Spinelektronik am HZDR.
Die heutigen WLAN-Sender arbeiten meist in Frequenzen zwischen 2,4 und 5 Gigaherz und Datenübertragungsraten von etwa 600 Megabit pro Sekunde. Ein Terahertz-WLAN könnte Datenraten von bis zu 100 Gigabit pro Sekunde erreichen.
Dr. Karsten Rode und seine Arbeitsgruppe am Trinity College Dublin haben Schichten aus Mangan-Gallium-Verbindungen in einer »Dicke« von nur 45 bis 65 Millionstel Millimeter (Nanometer) erzeugt. 1000 solcher Schichten entsprächen der Dicke eines Blattes Papier. Die Wissenschaft in Dresden-Rossendorf regten diese Schichten mit intensiven Laser-Pulsen an, die zu einer synchronen Pendelbewegung der magnetischen Momente der Nanoschichten führt, die wiederum eine Abstrahlung von Terahertz-Strahlung bewirkt.
Durch die Veränderung der Zusammensetzung der Mangan-Gallium-Verbindung können die Wissenschaftler die Frequenz der Terahertz-Wellen präzise einstellen. »Die Emission ist zudem ein überraschend effizienter Prozess«, so Michael Gensch vom HZDR. »Damit handelt es sich bei den von uns untersuchten Schichten um eine einzigartige Technologie, um Terahertz-Strahlung zu erzeugen und die Frequenz dieser Strahlung nach Wunsch einzustellen.« Dies ist eine unabdingbare Voraussetzung für ihren Einsatz in Kommunikationsgeräten und Netzwerken.
Die zugrundeliegenden physikalischen Prozesse konnte die neue Terahertz-Anlage TELBE im ELBE-Zentrum für Hochleistungs-Strahlenquellen entscheidend erhellen. »TELBE hat es uns ermöglicht, die kohärente Anregung der magnetischen Momente im elektronischen Grundzustand direkt zu vermessen«, erklärt Michael Gensch. Jetzt soll die Sendeleistung der Terhatz-Schichten erhöht werden und die Dünnschichten statt mit Laser-Pulsen elektrisch angeregt werden, Terahertz-Strahlung auszusenden. Das Ziel ist es ein Prototypen eines Hochgeschwindigkeits-WLAN-Modules.
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