Forscher am IBM Thomas J. Watson Forschungszentrum und der Technischen Universität Wien haben erstmals Photodetektoren aus dem atomdünnen Kohlenstoff-Material Graphen gefertigt. Dieses optoelektronische Bauelement ist ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu superschnellen Computersystemen der Zukunft, für die Graphen allgemein als großer Hoffnungsträger gilt.

"Um in Zukunft das Potenzial der schnellen Elektronik voll ausnützen zu können, wird es notwendig sein, Optoelektronik mit 'gewöhnlicher' Elektronik auf einem Chip zu kombinieren", erklärt der Elektrotechniker Thomas Müller vom Institut für Photonik der TU Wien. Die Integration von Graphen-basierter Optoelektronik mit Graphen-Logikschaltkreisen werde viel einfacher sein, als es bei der Silizium-Technologie der Fall ist.

Schnell wie eine Ethernet-Verbindung

Photodetektoren sind Bauelemente, die für eine schnelle Datenübertragung genutztes Licht in elektrische Signale für die Verarbeitung in Computern umwandeln. Die nun realisierten ersten Graphen-Photodetektoren schaffen dabei bereits zehn GBit/s, was den schnellsten aktuellen Ethernet-Verbindungen entspricht. Doch das ist nur ein erster Entwicklungsschritt.

"Optimalerweise würde man den Graphen-Photodetektor nicht mit klassischer Halbleiterelektronik kombinieren, sondern ebenfalls über Graphen-basierte Elektronik ansprechen", sagt Müller. Er verweist darauf, dass IBM Anfang Februar 2010 bereits einen Graphen-Transistor mit einer Taktfrequenz von 100 GHz gezeigt hat und Graphen-Elektronik im Bereich von einem THz in Reichweite scheint.

Terabit-Datenraten denkbar

Für die Datenübertragung in Systemen wiederum versprechen Graphen-Photodetektoren einen vergleichbaren Sprung. "Da Graphen bei gleicher Größe mehr Licht absorbiert als andere Materialien, lassen sich damit auch kleinere - und damit schnellere - Bauelemente herstellen", erläutert der TU-Elektrotechniker. Untersuchungen der Forscher zufolge könnten Graphen-Photodetektoren in Zukunft noch hundert mal höhere Datenraten ermöglichen.

Das würde theoretisch ein TBit/s bedeuten - eine Datenrate, die im heutigen Internet nur in massiven Unterseekabeln erreicht wird. Allerdings betont Müller, dass es sich dabei zunächst um ein theoretisches Leistungspotenzial handelt. Ob derart schnelle Systeme wirklich realisiert werden können oder praktische physikalische Einschränkungen die Geschwindigkeit Graphen-basierter Systeme geringer halten werden, bleibt vorerst abzuwarten. (pte/rw)