Optisches Highspeed-Datennetz mit Nano-Antennen aus Gold
Bild: KITWissenschaftlern des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT) gelang es nun erstmals kleinste optische Nano-Antennen aus Gold gezielt und reproduzierbar anzufertigen. Die drahtlose Datenübertragung beherrscht nach über 120 Jahren seit der Entdeckung der elektromagnetischen Wellen durch Heinrich Hertz die Informationstechnologie. Durch höhere Funkfrequenzen können immer mehr Daten in kürzester Zeit übertragen werden. Jedoch war die Herstellung der winzigen Antennen bisher sehr aufwendig.
Wie das KIT berichtet, fanden vor einigen Jahren Forscher bei der Suche nach Methoden zur Erhöhung der Datenübertragungsrate heraus, dass sich auch Licht als Informationsträger zur kabellosen Übertragung eignet. Durch die gezielte und gerichtete Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, können Informationen von einem Standort zu einem räumlich entfernten Standort übertragen werden. Eine Dipolantenne sowohl auf der Sendeseite, als auch auf der Empfangsseite bildet die Schlüsselposition bei diesem Transfer. In vielen Bereichen des alltäglichen Lebens, wie Mobilfunk oder beim Satellitenempfang von Fernsehprogrammen, konnte sich diese Technik durchsetzen.
Die elektromagnetischen Strahlungen im optischen Bereich, also das Licht, können aufgrund der höheren Frequenzen durch Modulation sehr hohe Datendurchsätze erzielen. Gelbes Licht hat eine Wellenlänge von 600 Nanometer (600 nm = 0,000 000 600 m) und eine Frequenz von etwa 500 000 GHz. Um mit den elektromagnetischen Lichtwellen funken zu können, wird eine winzige Antenne, die nicht größer ist als eine halbe Lichtwellenlänge, benötigt. Aufgrund der Wellennatur des Lichtes war die kontrollierte Herstellung dieser optischen Funkantennen im Nanomaßstab bisher nicht möglich. Grund dafür: Optische Belichtungsverfahren konnten so kleine Strukturen aus physikalischen Gründen nicht erzeugen. Mit der so genannten Elektronenstrahllithografie wirkt die Antenne aus Gold physikalisch wie eine Radioantenne, mit dem Unterschied, dass Radio-Antennen ca. 10 Millionen Mal größer sind. Dementsprechend ist die empfangene Frequenz bei den Nanoantennen 1 Millionen Mal höher als bei der Radiofrequenz. Dies entspricht nicht 100 Megaherz, sondern mehreren 100 000 Gigahertz. Diese hohe Frequenz der Wellen erlaubt die extrem schnelle Modulation des Signals. Für den drahtlosen Datenverkehr bedeutet dies eine Beschleunigung auf das Zehntausendfache der heutigen Datenrate bei gleichzeitig reduziertem Energieverbrauch. Licht im Bereich von 100 bis 400 Nanometer ist zusätzlich für Menschen, Tiere und Pflanzen unschädlich.
Die Karsruher Nanoantennen können in Zukunft nicht nur für die Informationsübertragung eingesetzt werden, sondern dienen auch als Werkzeug für die optische Mikroskopie. Dr. Hans-Jürgen Eisler, Leiter der Arbeitsgruppe am Lichttechnischen Institute, ist der Meinung: "Mit Hilfe dieser winzig kleinen Nano-Lichtstrahler können wir Untersuchungen an einzelnen Biomolekülen durchführen, wie es bisher nicht möglich war." Das nächste Ziel der Wissenschaftler am KIT ist es, mit diesen Antennen gezielt und effizient sichtbares Licht einzufangen und auf wenige 10 Nanometer zu lokalisieren, um zum Beispiel Photovoltaik-Module, wie Solarzellen, zu optimieren.
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