Optische Technologien für Supercomputer

Computer werden immer schneller, doch für manch einen Zweck sind Geräte auf Basis von Silizium-Chips dennoch zu langsam - hier setzt schlicht die Physik Grenzen. Diese wollen Wissenschaftler der Universitäten Duisburg-Essen (UDE), Stuttgart und Haifa jetzt durch die Verwendung optischer Technologien überwinden. Bislang scheiterte dieser Versuch an der Größe der Bauteile, doch nun gibt es einen Weg, Licht auf einer kleineren Fläche zu fokussieren.

Grund dafür ist, dass Licht hinter der Linse nicht genau auf einen einzigen Punkt fokussiert, bevor es wieder auseinanderläuft. "Wir sprechen eher von einer Strahltaille", erläutert Prof. Dr. Frank Meyer zu Heringdorf von der UDE. Diese Strahltaille sollte für viele optische Bauteile so klein wie möglich sein. Bei Licht ist die Grenze nach unten aber durch die Wellenlänge festgelegt: Mit 800 Nanometer (nm) Wellenlänge schwingendes Licht wird minimal auf einen Fleck von knapp 400 nm fokussiert - viel größer als die Halbleiterbauelemente, wo mit Strukturen kleiner als 20 nm gearbeitet wird.

Die Lösung: Die Wissenschaftler arbeiten statt mit Licht mit Elektronenwellen, die sich ebenfalls nahezu mit Lichtgeschwindigkeit bewegen, bei gleicher Frequenz aber eine kleinere Wellenlänge haben. Dazu beschichtete die Gruppe in Stuttgart eine Unterlage aus Silizium mit einer nur rund 60 nm hohen, atomar glatten Goldschicht und regten diese mit Licht von 800 nm Wellenlänge an.

Die Folge: Die Elektronen im Gold werden in Schwingung versetzt, und die Schwingung breitet sich an der oberen und unteren Oberfläche des Edelmetalls als Welle aus - ähnlich wie bei Wasser, in das man einen Stein geworfen hat, erklären die Wissenschaftler. Messungen hätten ergeben, dass die an der Goldunterseite entlanglaufenden Elektronenwellen nur ein Dreizehntel der ursprünglich anregenden Lichtwellenlänge haben. Der Fokusfleck konnte so auf einen Durchmesser von 60 nm reduziert werden - ein Quantensprung. Dieser "Trick" der Forscher könnte künftige Rechner also ordentlich auf Trab bringen.