Physiker am Cavendish Laboratory haben mit Ta2NiSe5 ein Material entdeckt, das Computing mit Licht schneller und energiesparender macht. Zwar gibt es bei optischen Computern schnelle Fortschritte, doch das Ein- und Ausschalten von Licht bereitet immer noch Probleme, was das Tempo angeht.
Ta2NiSe5 ist eine Legierung aus Tantal, Nickel und Selen und schafft einen optischen Schaltprozess in einer billionstel Sekunde. Es wechselt in dieser unvorstellbar kurzen Zeit von lichtdurchlässig zu reflektierend, wenn es von einem Laserpuls getroffen wird, der es erhitzt. "Wir wussten, dass Ta2NiSe5 beim Erhitzen zwischen lichtdurchlässig und reflektierend wie ein Spiegel wechseln kann, aber das Erhitzen eines Objekts ist normalerweise ein sehr langsamer Prozess", sagt Forschungsleiter Akshay Rao.
Der Schaltprozess bei anderen Werkstoffen ähnelt normalerweise dem Schmelzen eines Eiswürfels, so Rao. "Die Atome wechseln ihre Position und bilden eine neue Ordnung. Das dauert eben." Bei dem neuen Material, das er als exzitonischen Isolator bezeichnet, sei das anders. Da wechselten die Atome beim Phasenwechsel ihre Position nicht. Daher gehe es um ein Vielfaches flotter. "Unsere Experimente haben gezeigt, dass es sich eine Million Mal schneller umschaltet als es in unseren aktuellen Computern möglich ist", verdeutlicht Rao.
Ihre Erkenntnisse haben Rao und seine Kollegin Hope Bretscher mithilfe einer äusserst komplexen Versuchsanordnung gesammelt. Sie beschossen das Material mit sehr kurzen Laserpulsen. Damit regten sie es energetisch an, sodass es seine Eigenschaften änderte. "Dabei zeigte sich, dass es als ultraschneller optischer Schalter geeignet ist", so Bretscher.
Werde die Transparenz des Materials als digitale "Null" festlegt und die Reflexion als "Eins", sei der Schalter praktisch ein optischer Transistor. Damit das Material als Speicher einsetzbar ist, müsse zwischen den beiden Zuständen extrem schnell gewechselt werden können. Um das zu erreichen, sei jedoch noch einiges an Forschungsarbeit zu erledigen.
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