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Optische Transistoren: Neuer Ansatz für eine Revolution der Computertechnik

(Meldung vom 17.2.2000)



Der Grundbaustein elektronischer Schaltkreise, der Halbleiter-Transistor, soll als optische Version hundertfach schneller sein und die Computer- und Kommunikationstechnik revolutionieren. Nach rund 20 Jahren Forschung rund um den Globus wollen US-Forscher des staatlichen Oak Ridge National Laboratory (ORNL) jetzt einen Ansatz gefunden haben, der kleine, effiziente, kostengünstige optische Transistoren auch in der Praxis möglich macht.

"Unsere Entdeckung könnte gewaltige Auswirkungen auf die Entwicklung der Technologie optischer Schalter haben und in der Telekommunikation, Sensorik und Computertechnik Anwendung finden", so Panos Datskos von der ORNL Engineering Technology Division. Die immer schneller werdende Mikroelektronik macht auch schnellere Umschaltprozesse notwendig. Bei optischen Transistoren übertragen statt der Elektronen schnellere Photonen die Signale und machen eine Schaltgeschwindigkeit nahe an der Lichtgeschwindigkeit möglich.

Bisher scheiterten Entwicklungsversuche auf diesem Gebiet immer an einem von vier Grunderfordernissen: Schalteffizienz, Geschwindigkeit, niedrige Kosten oder möglichst kleine Größe. Der neue Ansatz von Datskos und Kollege Slo Rajic beruht auf ihrem letzen Erfolg, der Entwicklung eines ungekühlten, mikro-mechanischen Quanten-Infrarot-Detektors. Für ihren optischen Transistor verwenden sie eine Laser-Leuchtdiode, deren Licht in einem Lichtleiter optisch absorbiert wird. Ist die Belastung durch das Absorbieren groß genug, kann sich das Material um ein winziges Stück verformen. Dadurch lässt sich ein Schalter an- oder ausschalten, oder Licht in andere Richtungen umleiten -- wie ein Schalter oder Modulator in herkömmlichen Transistoren.

Die Forscher konnten diesen Effekt bereits bei Lichtwellen im Frequenzbereich eines Megahertz` beobachten. Dies ist bedeutend, so Datskos, denn thermisch lassen sich nur Schaltfrequenzen von rund 1000 Hertz erreichen. Zwar steht bis zur Serienreife noch viel Arbeit ins Haus, doch das Team ist von seinen ersten Ergebnissen ermutigt und erwartet von seinem optischen Transistor die Revolution der Computertechnik, ebenso wie Glasfaser die Telekommunikation revolutioniert habe. Per Massenproduktion mit modernen Fabrikationsmethoden könne man eines Tages mit Preisen deutlich unter 100 US-Dollar rechnen, im Vergleich zu weniger leistungsfähigen Geräten zu 200-fachem Preis.

[Quelle: Dörte Saße und EurekAlert, ORNL]

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Neuartiger Datenspeicher

(Meldung vom 2.3.2000)



Die US-Entwickler eines neuartigen Typs von Datenspeicher vermelden das Erreichen eines Meilensteins: Die grundlegende Entwicklung ist abgeschlossen, der sogenannte VRAM-Speicher habe die Phase des Testens und der Fehlersuche erreicht.

VRAM oder "Vertical Giant Magnetoresistance Random Access Memory" stammt aus dem militärischen Office of Naval Research (ONR) und der Carnegie Mellon University. Die Speichertechnologie könnte in Zukunft viele der heute üblichen Datenspeicher ersetzen, darunter etwa CDs und Computer-Festplatten.

VRAM-Speicher soll das Ablegen von Daten sicherer, schneller und kostengünstiger machen und hundert- bis tausendfache Datenmengen speichern. Im Gegensatz zu heutigem dynamischen RAM-Speicher müssen die zwischengespeicherten Informationen nicht ständig wieder aufgefrischt werden. Die heute schon existierende statische RAM-Version hingegen ist teuer und benötigt eine Menge Platz auf den Chips. VRAM hingegen bietet hohe Datendichte, sicheren Ablage, hat keine beweglichen Teile, ist unempfindlich gegen Strahlung und benötigt wenig Strom -- Vorteile, so seine Entwickler, die es geradezu prädestinieren für Anwendungen in der Flugelektronik, der Raumfahrt oder an Bord von Schiffen.

Auch die Produktion der neuen Technologie soll keine großartigen neuen Kosten aufwerfen, so die Entwickler um Larry Cooper vom ONR-Programm. "Eines Tages wird es möglich sein," sagt Cooper, "die VRAM-Zellen mit nur wenigen Abänderungen auf den in bestehenden Fertigungsstraßen für Siliziumspeicher herzustellen."

[Quelle: Dörte Saße, EurekAlert, ONR]

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Neuer Optochip soll Echtzeit-Kommunikation ermöglichen

(Meldung vom 10.4.2000)



Ein neuartiges elektronisches Bauteil soll Kommunikation in Echtzeit ermöglichen. Der sogenannte Optochip verwandelt elektrische Signale in optische, und das blitzschnell: In einer Sekunde übersetzt er Informationen, die 100 Gigabytes entsprechen. "Man wird nicht mehr warten müssen, bis der Computer etwas aus dem Internet heruntergeladen hat, nicht einmal bei den größten Dateien"" sagt Larry Dalton, Chemiker an der University of Washington und der University of Southern California. Der Optochip könnte auch in Steuergeräten für die Kommunikation über Radar und Satelliten Anwendung finden.

Der neue Chip ist aus Chromophoren aufgebaut. Das sind Atomgruppen, die eine Verbindung durch selektive Lichtabsorption farbig erscheinen lassen. Sich deren elektrooptischen Eigenschaften zunutze zu machen, ist das Ziel umfangreicher und langjähriger Forschungsbemühungen. Das größte Problem dabei: Die elektrischen Felder der farbgebenden Molekülteile beeinflussen sich gegenseitig. Die Forscher um Dalton haben jetzt die Gestalt der Chromophore so geändert, dass sie ungestört bleiben, selbst wenn sie äußerst dicht gepackt werden.

Mithilfe des neuen Chromophordesigns konnten die Wissenschaftler einen Chip bauen, der sich durch eine besonders große Bandbreite auszeichnet. Ein weiterer Vorteil des elektrooptischen Wandlers: Er arbeitet bei Spannungen unter einem Volt.

Das haben Wissenschaftler der Tacan Corporation in Carlsbad, Kalifornien, bestätigt. Sie haben mit dem Opto-Chip elektronische Signale des Kabelfernsehens in optische Information verwandelt. Auch bei anderen Anwendungen, so die Ergebnisse des Lockheed Martin Corp.`s research laboratory in Palo Alto in Kalifornien, zeigte der Chip ähnlich gute Eigenschaften.

[Quelle: Andrea Hoferichter und Reuters]

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Ein Volt reicht: Ultraschnelle Telekommunikation

(Meldung vom 11.4.2000)



US-amerikanische Forscher haben ein Gerät entwickelt, das mit weniger als einem Volt Spannung und einer Geschwindigkeit von 100 Gigabyte Information pro Sekunde elektrische Signale in optische umwandeln kann. Den Forschern zufolge kann das neue Gerät die gesamte Glasfaserkommunikation verändern.

Larry Dalton, Koautor des in Science erschienenen Artikels, hält den Einsatz des elektro-optischen Modulators für schnellere Ladezeiten im Internet, in der Flugzeugnavigation und in Antizusammenstoß-Einrichtungen in Autos für möglich. "Wir werden Telefon- und Fernsehsignale, Computerdaten sowie alle erdenklichen Informationen auf Fiber ohne Verluste und mit unendlicher Bandbreite um die ganze Welt schicken können", sagte Dalton in einer Meldung der American Association for the Advancement of Science .

Telekommunikation hält Dalton für das erste Feld, das von der Entdeckung profitieren wird. Aber der Modulator könne auch als Lenkeinrichtung mit einem riesigen Einfluss auf Radar- und Satellitenkommunikation fungieren. Er ist zudem einfach zu integrieren.

Modulatoren übersetzen elektrische Signale in optische Informationen. Verbesserungen auf diesem Gebiet haben die Übersetzung zwar beschleunigt, brauchten bisher aber immer hohe Spannungen. Die hohe Voltzahl ging mit einer Schwächung und Verzerrung des Signals einher. Um diese Probleme zu umgehen, haben Dalton und seine Kollegen Modulatoren aus organischen Molekülen, den sogenannten Chromophoren, in Polymermatrizen gebaut. Chromophoren werden seit mehr als einem Jahrzehnt wegen ihrer herausragenden elektro-optischen Eigenschaften erforscht. Ihre Interaktion mit dem umgebenden elektrischen Feld entzog ihnen bisher aber immer die Effizienz. Durch eine Formänderung der Chromophoren umgingen Dalton und sein Team dieses Problem.

[Quelle: Cornelia Pretzer, Eurekalert und Science, 7. April, 288, 119-122]

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Neue LCD-Anzeige kann Batteriekosten sparen

(Meldung vom 25.4.2000)



ZÜRICH Die besonderen Eigenschaften eines Polymers sollen Flüssigkristall-Bildschirme mit deutlich weniger Energiebedarf möglich machen. Damit könnten batteriebetriebene Bildschirmgeräte bis doppelt so lange in Betrieb bleiben wie bisher.

Die Forscher des "Instituts für Polymere" der Eidgenössisch-Technischen Hochschule (ETH) erforschten die ungewöhnlichen Eigenschaften des Polymers PET (Polyethylenterphthalat). Es ist in einer bestimmten, kristallartigen Molekülanordnung imstande, Licht in zwei polarisierte Lichtstrahlen aufzuspalten und eignet sich damit bestens für die per Flüssigkristall betriebenen LCD-Anzeigen.

Flüssigkristalle dienen als eine Art Filter: Normalerweise sind sie in der Lage, die Schwingungsebene von Licht so zu drehen, dass es durch den Filter "hindurchpasst". Legt man einen elektrischen Strom an, verlieren die Flüssigkristalle diese Fähigkeit: das Licht dringt nicht mehr hindurch. Auf diese Weise kommen schwarze Punkte auf LCD-Bildschirmen zustande.

Doch diese Art Polarisationsfilter hat einen Nachteil: Gewöhnlich lässt er nur eine der beiden senkrecht aufeinanderliegenden Schwingungsebenen des Lichtes hindurch. Damit verschwendet man gewissermaßen die Hälfte des Lichtes, und die LCD-Anzeige erscheint dunkler. Der Polymerfilm der Schweizer Forscher hingegen nutzt beide Polarisationsebenen des Lichtes. Mit dem neuen Material könnte es daher gelingen, die Lebensdauer der Batterien von tragbaren elektronischen Geräten wie Laptops zu verdoppeln.

Ihre Forschungsergebnisse haben die Wissenschaftler um Theo Tervoort nun in der Zeitschrift "Advanced Materials" veröffentlicht.

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Nachwuchswissenschaftler verbessert organische Halbleiter

(Meldung vom 26.4.2000)




Ein Nachwuchswissenschaftler von der Universität Konstanz hat neue Einsichten in die Halbleitertechnologie gefunden. Jan Hendrik Schön, die Deutsche Forschungsgemeinschaft und ein Forschungsteam der Bell Laboratories aus New Jersey haben herausgefunden, dass Transistoren aus dem Kohlenwasserstoff Pentacen hergestellt werden können. Sie verbesserten außerdem die Leistungsfähigkeit von Solarzellen aus organischen Substanzen.

Die neue Transistorentechnik könnte die Herstellung von Schaltkreisen erheblich verbessern. Die Arbeit steht im Zusammenhang mit der aktuellen Forschung auf dem Gebiet der Halbleiter. Organische Halbleiter haben eine Reihe von Vorteilen. Sie sind der DFG zufolge einfach herzustellen und können im Gegensatz zu Silizium auf biegbare Oberflächen aufgebracht werden. Zudem seien sie sehr billig.

Halbleiter sind Stoffe, die bei Strahlungseinwirkung, sei es Licht oder Hitze, leiten. Bei niedrigen Temperaturen wirken sie wie Isolatoren. Diese Eigenschaften können durch das sogenannte "Doping" mit bestimmten chemischen Elementen verändert werden. Halbleiter sind Ausgangspunkt für elektronische Anwendungen - Computer, Flachbrettbildschirme, Speichersysteme oder Solarzellen.

Organische Solarzellen waren bisher nicht sehr leistungsfähig. Schön und seine Kollegen konnten die Effizienz auf 2,4 Prozent erhöhen. Diesen Effekt erreichten sie durch mit Jod und Brom versetztes Pentacen. Bis die Solarzellen aus organischen Stoffen die konventionellen ersetzen können, werde es allerdings noch dauern, hieß es in einer Pressemitteilung der DFG. Siliziumzellen erreichten schon 15 Prozent Spitzeneffizienz.

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Drähte aus Porphyrin-Molekülen für winzige opto-elektronische Bauteile

(Meldung vom 27.4.2000)



Der Arbeitsgruppe von Atsuhiro Osuka des Department of Chemistry an der Universität von Kyoto ist es gelungen, einzelne Moleküle so aneinander zu hängen, dass sie elektrische und optische Signale leiten können. Diese molekularen Drähte bestehen aus Porphyrineinheiten - lichtleitende Moleküle, wie sie zum Beispiel auch im Blutfarbstoff Hämoglobin vorkommen. In Pflanzen ist dieser Stoff im Chlorophyll an der photosynthetischen Nutzung des Sonnenlichtes beteiligt.

Die japanischen Wissenschaftler haben nun eine Methode entwickelt, mit der sie diese Bausteine so aneinander hängen können, dass sie feine Drähte bilden. In dem Fachblatt Angewandte Chemie 112 (7) berichten sie von einer Kette aus 128 dieser ringförmigen Porphyrinmoleküle. "Das sind die längsten bisher hergestellten stabförmigen Moleküle mit definierter einheitlicher Länge," betont Osuka, "aber damit ist das Limit noch lange nicht erreicht, wir arbeiten bereits sehr erfolgreich an wesentlich längeren Porphyrin-Ketten."

Eines Tages sollen auf diese Weise mikroskopische kleine Sensoren oder Systeme zur Umwandlung von Sonnenenergie entstehen. Die stabförmigen Moleküle könnten sich hier als besonders effektiv erweisen.

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Neue Erkenntnisse zur Wärmeleitung

(Meldung vom 2.5.2000)



Wärme versetzt Materie in Schwingung. Dass diese Schwingungen sich quantenmechanisch verhalten und eine Schwingungs-Sättigung der Materie eintreten kann, fanden die Physiker Michael Roukes, Keith Schwab und ihre Kollegen vom California Institute of Technology heraus. Um Überhitzung zu vermeiden, sollten Klein-Bauteile in Computern und mikroskopischen Geräten deshalb nur wenigen Schwingungen ausgesetzt werden.

Elektronen in Drähten von nur einigen Nanometern Dicke durchwandern eine Reihe von Quantenkanäle. Je höher die Spannung ist, desto mehr Kanäle belegen die Elektronen. Dass Hitze sich ähnlich verhalten soll, haben George Kirceznow und Luis Rego von der kanadischen Simon Fraser Universität schon vor zwei Jahren vermutet.

Um das stufenweise Ansteigen der Wärmeleitung zu beobachten, setzten die Physiker aus Kalifornien Siliziumnitridstäbchen von nur 60 Nanometern Dicke und 200 Nanometern Breite ein. Sie erwärmten ein Ende und werteten die Temperaturunterschiede an beiden Enden mit hochsensiblen Meßgeräten aus.

Die thermische Leitfähigkeit - der Quotient aus Erwärmung und Temperaturunterschied zwischen den Enden - nahm bei etwa minus 273 Grad Celsius (etwas über dem absoluten Nullpunkt) schrittweise ab. Von den zahlreichen Schwingungen blieben zuletzt nur vier übrig. Jede Schwingungen kann außerdem nur eine bestimmte Menge an Energie aufnehmen.

Bauteile, die so groß wie Atome sind, sollen Wärme abtransportieren. Diese seien aber oft zu klein, um sie wirklich vor Überhitzung zu schützen, betonte Roukes. Die Nanotechnologie stößt also an eine quantenmechanische Grenze.

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Bessere Satellitenbilder mit doppelten Sensoren

(Meldung vom 2.5.2000)



Die menschliche Wahrnehmung dient amerikanischen Militärforschern als Vorbild, um die Detailgenauigkeit von Satelliten-Bildern zu erhöhen. Ein neuronales Netzwerk kombiniert dabei die Informationen von Sensor-Paaren, wodurch auch unscheinbare Objekte erkennbar werden. Einfache Sensoren haben bisher solche Details als "Fehler" ausgefiltert. Das System könnte auch zivil genutzt werden. So läßt sich damit die Zerstörung des tropischen Regenwaldes aus dem Luftraum überwachen. Die "intelligenten" Sensoren schalten auch bei Mobiltelefonen das Hintergrundrauschen aus.

In der Vergangenheit folgte die Informationsspeicherung einzelner Pixel nach dem Prinzip "der Sieger bekommt alles": "Wenn ein Sensor viele Bäume und eine kleine Menschenhand registrierte, dann zeigte der Bildpunkt nur Bäume", erklärte Harold Szu vom staatlichen Office of Naval Research auf dem Symposium der International Society for Optical Engineering symposium in Orlando.

In dem neuen System überwachen zwei Sensoren die Szenerie, vergleichen die unterschiedlichen Dateninformationen und kontrastieren sie. Stimmen die Daten nicht überein, so wird die Abweichungen als "Hintergrundrauschen" identifiziert.

Szu und sein Kollege James Buss glauben ein neues Lern-Modell entwickelt zu haben, mit dem aus einer unübersichtlichen Datenflut relevante Informationen "herauskristallisiert" werden: "Die cleveren Sensoren könnten sogar Goldklumpen auf einer Müllhalde finden", schwärmte Buss.

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Mikro-Bauteile lassen sich im Magnetfeld formen

(Meldung vom 4.5.2000)



Wissenschaftler der University of Illinois (UI) haben eine neue Methode entwickelt, um kleine Bauteile gezielt zu modellieren. Dazu tragen sie den Mini-Strukturen magnetisches Material auf. Nach Einschalten eines Magnetfeldes lassen sich die verschiedenen Komponenten durch Anziehung und Abstoßung räumlich formen.

Die neue Technik verspricht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten: Geplant beispielsweise Mini-Bausteine für integrierte Schaltkreise. Auch die Bauteile von Mikrosensoren könnten wesentlich kostengünstiger produziert werden.

"Diese Technik funktioniert wie Origami, die japanische Kunst, Papier in komplexe Gestalt zu falten", berichtet der Projektleiter Chang Liu. "Die Bauteile sind mit Seitenlängen von rund 100 Mikrometer (1 Mikrometer ist ein Tausendstel Milimeter) schwer zu greifen. Statt mit den Fingern falten wir die Winzlinge mit Magnetfeldern." Über die Menge des magnetischen Materials, das gezielt auf der Oberfläche angebracht wird, lässt sich sogar die jeweilige Faltgeschwindigkeit vorausbestimmen.

In Zusammenarbeit mit dem UI-Neurobiologen Fred Delcomyn arbeitet Liu derzeit an einer künstlichen Haarzelle - ein typischer Mikrosensor der Natur. Die Herstellung erfordert im herkömmlichen Produktionsverfahren mehrere Jahre Entwicklungsarbeit.

Liu ist zuversichtlich, durch Magnetfaltung vorgefertigte Standardmodule schnell und billig in die richtige Form zu bringen - und so vielleicht sogar die Revolution der Chip-Industrie zu wiederholen.

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Leiterbahnen-Design in Schaltkreisen soll Störungen verhindern

(Meldung vom 10.5.2000)



Elektronische Schaltkreise werden immer kompakter. Doch die dünnen Leiterbahnen darin liegen so dicht beieinander, dass Ströme sich gegenseitig stören können. Die Folge: Die elektronischen Bauteile arbeiten langsamer oder versagen komplett. Wissenschaftler der Purdue University haben jetzt ein neues Leiterbahnen-Design entwickelt, das die störenden Interferenzen verhindert. Mit einem neuen Computerprogramm können sie außerdem Interferenzen in Modul-Prototypen vorhersagen.

Das Forscher-Team eliminierte zwei Störfaktoren: Übereinander verlaufende Leitungen und parallele Leitungen, in denen der Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt. In beiden Fällen laden sich die benachbarten metallischen Leiter wie Kondensatoren auf. Die Spannung entlädt sich auf das nicht leitfähige Trägermaterial.

Kaushik Roy, Professor des Institute of Electrical and Electronics Engineers stellte ein neues Design vor, das die Strom-Fließrichtung berücksichtigt. In den neuen Elektrobauteilen fließt der Strom paralleler Leiterbahnen immer in die gleiche Richtung. Die Leiterbahnen überlagern sich außerdem fast nicht mehr.

Insbesondere in die leistungsstarken und kleineren Elektromodule der Zukunft könnte das neue Leiterbahn-Design der Purdue-Forscher nützlich sein. Denn mit konventionellem Design werden diese Bauteile noch anfälliger für störende Interferenzen als die Schaltkreise der Gegenwart.

[Quelle: Andrea Hoferichter und Purdue University]

[J_J]

Eine Menge Stoff - ich weiß
Ihr haltet mich jetzt bestimmt alle für Verrückt - aber das soll nur ein kleiner Einblick sein wo die Reise hingehen könnte mit Infineon

also immer locker bleiben und good trades

[Seeallevil]

Mal etwas weiter in die Zukunft geblickt:

Multiparty teleportation:

We consider the problem of multiparty teleportation, where N copies of a qubit are teleported to N different locations. We show how to achieve this by measuring an appropriate POVM and using the multiparticle entangled state introduced in the context of telecloning. Our procedure also gives the optimal N to M telecloning

(Quelle: Publikationen der Fachgruppe für theoretische Quantenoptik - Innsbruck erschienen in "Special Issue on Quantum Information 27, 247 (2000)" )

Leider noch nicht im Experiment gelungen, aber die Wiener "Quantenteleportierer" um Zeilinger arbeiten dran.

Interessant ist` auf jeden Fall

Ciao
seeallevil

[peder]

Hi,

super interessant dieser Thread. Ich liebe solche Visionen.
Es gab vor einiger Zeit mal einen Artikel im Handelsblatt über Quantencomputer. Leider habe ich ihn nicht mehr. Es stand aber so ungefähr drin: Mit 50 verschränkten Atomen kann man den Inhalt von 1000 10-Gbyte Festplatten speichern - und ein Quantencomputer könnte diese Menge auch auf einen Schlag verarbeiten. Es war auch eine japanische Firma erwähnt, die in 10 Jahren soweit sein will, einen Quantencomputer auf den Markt zu bringen.
Vielleicht kann mal jemand, der etwas mehr Zeit hat als ich, im Handelsblatt-Archiv danach suchen.

Gruss Peder