Photonik 14.02.2020, 14:45 Uhr

ETH entwickelt schnellen Lichtdetektor

Zwei Arbeitsgruppen der ETH Zürich haben einen neuartigen Lichtdetektor entwickelt. Er besteht aus zweidimensional geschichteten Materialien, die an einen Silizium-​Lichtwellenleiter gekoppelt sind. In Zukunft sind so auch Leuchtdioden und Lichtmodulatoren möglich.
Der ETH-​Lichtdetektor unter dem Elektronenmikroskop. Gut zu sehen sind die dünne Lage der zweidimensionalen Heterostruktur, der Lichtwellenleiter und die Metallkontakte, über die das Signal des Detektors ausgelesen wird.
(Quelle: ETH Zürich )
Hochempfindliche Sensoren sowie kleine und schnelle Schalter für Licht sind die Herzstücke der Datenübertragung über optische Glasfasern. In den letzten Jahren wurden diese Telekommunikations-​Bauteile immer weiter verbessert, doch wird es zunehmend schwierig, noch mehr aus ihnen herauszuholen. Dazu braucht es die vereinten Kräfte verschiedener Spezialisierungen, wie zwei Forschungsgruppen der ETH Zürich nun gezeigt haben.
Wissenschaftler um die Professoren Jürg Leuthold vom Institut für Elektromagnetische Felder und Lukas Novotny vom Institut für Photonik haben gemeinsam mit Kollegen des National Institute for Material Science in Tsukuba (Japan) einen äusserst schnellen und empfindlichen Lichtdetektor entwickelt, der auf dem Zusammenspiel von neuartigen zweidimensionalen Materialien und nanophotonischen Lichtleitern beruht. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal Nature Nanotechnology veröffentlicht.

Zweidimensionale Materialien

«In unserem Detektor wollten wir die Vorteile verschiedener Materialien ausnutzen und deren jeweilige Beschränkungen überwinden,» erklärt Nikolaus Flöry, Doktorand in Novotnys Gruppe. «Das geht am besten, indem man eine Art künstliches Kristall – auch Heterostruktur genannt - aus jeweils nur wenige Atome dünnen Schichten herstellt. Ausserdem interessierte uns, ob der Hype um solche zweidimensionalen Materialien für praktische Anwendungen wirklich gerechtfertigt ist.»
In zweidimensionalen Materialien, wie etwa Graphen, bewegen sich Elektronen nur in einer Ebene anstatt in drei Raumdimensionen. Dadurch ändern sich ihre Transporteigenschaften, etwa wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, grundlegend. Während sich allerdings Graphen nur bedingt für optische Anwendungen eignet, sind Verbindungen aus Übergangsmetallen wie Molybdän oder Wolfram und Chalkogenen wie Schwefel oder Tellur (abgekürzt als TMDC bezeichnet) sehr lichtempfindlich und lassen sich zudem leicht mit Silizium-​ Lichtleitern kombinieren.

Autor(in) Oliver Morsch, ETH News


Das könnte Sie auch interessieren