Aktuelle Prototypen zukünftiger Nanochips nutzen plasmonische oder Silizium-Wellenleiter für die Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung mittels Lichtstrahlen. Das Problem besteht darin, dass diese Wellenleiter erhebliche Energieverluste verursachen und viel Platz beanspruchen. Dieser Platzbedarf sowie die beträchtliche Wärmeabgabe schränken die Integrations- und Miniaturisierungsmöglichkeiten von Nanochips ein. Die hier vorgestellte Arbeit ermöglicht den Verzicht auf diese Wellenleiter, die durch ein neuartiges Konzept in der optischen Kommunikation ersetzt werden: gerichtete Strahlkopplung mit Nanoantennen, kurz Nanolink.
Diese Verbindungsarten, die die Funk- und Mikrowellenkommunikation jahrzehntelang dominiert haben, stehen kurz davor, die optische Kommunikation zu revolutionieren. Die grundlegende Herausforderung für ihre Anwendung in diesen Frequenzbereichen liegt – neben den technologischen Schwierigkeiten bei der Herstellung – im plasmonischen elektromagnetischen Verhalten von Nanomaterialien bei der Wechselwirkung mit Licht. Dieses Verhalten unterscheidet sich deutlich von dem derselben Materialien bei herkömmlichen Frequenzen und ist wesentlich komplexer. Die Universitäten Extremadura und Vigo haben gezeigt, dass sich durch die präzise Berechnung der plasmonischen Resonanz mithilfe anspruchsvoller elektromagnetischer Simulationswerkzeuge und Supercomputer die klassische elektromagnetische Theorie und die über Jahrzehnte im Bereich der Funk- und Mikrowellentechnik gewonnenen Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Nanotechnologieanwendungen nutzen lassen.
Die hierfür verwendete Anwendung HEMCUVE++ wird seit über 13 Jahren kontinuierlich von den Universitäten Extremadura und Vigo weiterentwickelt. Dieses Werkzeug zeichnet sich dadurch aus, dass es hohe Rechengenauigkeit mit der effizienten Nutzung von Supercomputern verbindet. Aus diesem Grund wurden die Universitäten Extremadura und Vigo 2009 für ihren Beitrag zur Einführung von Supercomputing in der Elektromagnetik mit zwei renommierten internationalen Preisen ausgezeichnet. Für die Entwicklung der verschiedenen Komponenten der optischen Nanoverbindung wurden in diesem Zusammenhang der Supercomputer Lusitania am CénitS in Extremadura und der Supercomputer FinisTerrae am CESGA eingesetzt.
Diese kürzlich in einer internationalen Fachzeitschrift veröffentlichte Arbeit wurde vom spanischen nationalen Forschungs- und Entwicklungsplan und dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanziert. Sie erhielt außerdem Fördermittel vom Projekt CONSOLIDER TERAENSE und der Regierung von Extremadura. Die Originalarbeit ist unter folgendem Link abrufbar: j.mp/nanolink
