In einem Artikel, der in der Fachzeitschrift Physical Review Letters veröffentlicht wurde, haben Forscher des Centre for Graphene Science der Universitäten Bath und Exeter erstmals gezeigt, dass extrem kurze optische Reaktionszeiten mit Graphen den Weg für eine Revolution in der Telekommunikation ebnen könnten.

Täglich werden riesige Datenmengen über optoelektronische Geräte wie Glasfasern, Fotodetektoren und Laser übertragen und verarbeitet. Signale werden mittels Photonen im Infrarotbereich ausgesendet und mithilfe optischer Schalter verarbeitet, die die Signale in eine Folge von Lichtimpulsen umwandeln.

Optische Schalter reagieren typischerweise mit einer Geschwindigkeit von wenigen Pikosekunden – etwa einer Billionstel Sekunde. In dieser Studie beobachteten Physiker die Reaktionszeit eines optischen Schalters mit nur wenigen Graphenschichten bei etwa hundert Femtosekunden – fast hundertmal schneller als bei herkömmlichen Materialien.

Graphen ist nur eine Atomlage dick, aber unglaublich widerstandsfähig. Wissenschaftler haben angedeutet, dass ein Elefant, der auf einem Bleistift balanciert, ein Blatt Papier durchdringen könnte. Das sogenannte Wundermaterial Graphen, bekannt für seine Festigkeit, Leichtigkeit, Flexibilität, Leitfähigkeit und geringen Kosten, könnte nun den Markt erobern und die Telekommunikation revolutionieren.

Dr. Enrico Da Como, leitender Forscher, kommentierte die wichtigsten Ergebnisse der Studie: „Wir haben eine ultraschnelle optische Reaktionszeit mit nur wenigen Graphenschichten beobachtet. Dies eröffnet vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten für die Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-optoelektronischen Komponenten auf Graphenbasis. Diese schnelle Reaktion findet im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums statt, wo derzeit zahlreiche Anwendungen in Medizin, Telekommunikation und Sicherheit entwickelt werden, die unsere Gesellschaft maßgeblich beeinflussen.“
Professor Simon Bending, Co-Direktor des Zentrums für Graphenwissenschaft in Bath, fügte hinzu: „Je intensiver wir Graphen erforschen, desto bemerkenswerter erscheinen seine Eigenschaften. Diese Forschung zeigt, dass es auch einzigartige optische Eigenschaften besitzt, die wichtige neue Anwendungsgebiete eröffnen könnten.“
Langfristig könnte diese Forschung auch zur Entwicklung von Graphen-basierten Quantenkaskadenlasern führen. Quantenkaskadenlaser sind Halbleiterlaser, die in der Umwelttechnik, der Sicherheitstechnik und der Spektroskopie eingesetzt werden. Ein paar Lagen Graphen könnten sich als einzigartige Plattform für diese spannende Anwendung erweisen.

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