Superschnelle Nano-Antennen

Riesige Datenmengen fließen tagtäglich in Form von Licht durch die Glasfasernetze des Internet. Doch unsere Computer selbst basieren nach wie vor auf elektrischen Signalen, die sich durch Metalldrähte zwängen, deren Bandbreite wesentlich geringer ist.

Optische Verbinder, die Lichtwellen durch das Labyrinth von Leiterbahnen auf der Hauptplatine führen könnten, dürften dementsprechend auch die Verarbeitungsgeschwindigkeit eines Rechners erhöhen und gleichzeitig Strom sparen. Über das Laborstadium sind solche Ideen bislang allerdings noch nicht hinausgekommen.

Neue Forschungsergebnisse zeigen nun, wie ein komplett optischer Computer gebaut werden könnte: Wissenschaftler arbeiten an einer Antenne im Nanomaßstab, die Licht in eine Wellenform umwandeln kann, die sich dann über Metalldrähte weiterleiten ließe. Das Endergebnis wären gigantische Datenübertragungsraten innerhalb eines Rechners.

Die neue Technik basiert auf Kugeln aus Gold, die nur 50 Nanometer Durchmesser haben. Peter Nordlander, Naomi Halas und ihr Team an der Rice University zeigten, dass eine solche Kugel, die sich innerhalb einer nur wenige Nanometer dicken Goldschicht befindet, eine ähnliche Wirkungsweise wie eine Antenne besitzt – allerdings für Licht. Bestimmte Lichtwellenlängen regen Partikel innerhalb der Nanokugel an, die so genannten Plasmonen. Daraus ergeben sich so genannte Plasmon-Wellen innerhalb der Goldschicht, die sich zurück in Licht verwandeln lassen, wenn sie auf eine andere Nanokugel auftreffen.

Varianten dieser Nanokugeln aus Gold könnten es eines Tages ermöglichen, in einem optischen Computer Materialien zu nutzen, die bereits in heutigen Chips verbaut werden – beispielsweise Aluminium und Kupfer. Die Nano-Antennen würden dadurch zu superschnellen optischen Verbindern, erklärt Mark Brongersma, ein Materialwissenschaftler an der Stanford University. Eine Lichtwelle, mit der Daten übertragen werden, würde auf eine metallische Nanokugel treffen, die wiederum eine Plasmon-Welle erzeugt, die sich dann durch Metallstreifen oder Drähte auf dem Board bewegen kann und die Daten weiterträgt.

Ein großer Vorteil dieses Ansatzes sei es, dass sich die Nanokugeln wesentlich leichter produzieren ließen, als bisherige Spezialanfertigungen für diese Aufgabe, meint Brongersma. Diese benötigen bislang komplizierte und teure optische Lithographie-Techniken. "Das schöne ist, dass man die neuen Nano-Antennen in großem Maßstab herstellen kann."

Der nächste Schritt des Rice-University-Teams: Aus soliden Nanokugeln sollen hohle Nanohüllen werden, die ein breiteres Spektrum von Lichtwellenlängen übertragen können. Eine Serie von Experimenten mit Nanopartikeln und dünnen Drähten (statt der dünnen Goldschicht) sollen außerdem zeigen, ob sich die Technik tatsächlich zur Anbindung von Computerchips nutzen lässt. (wst)