ETH entwickelt schnellen Lichtdetektor

Hochempfindliche Sensoren sowie kleine und schnelle Schalter für Licht sind die Herzstücke der Datenübertragung über optische Glasfasern. In den letzten Jahren wurden diese Telekommunikations-​Bauteile immer weiter verbessert, doch wird es zunehmend schwierig, noch mehr aus ihnen herauszuholen. Dazu braucht es die vereinten Kräfte verschiedener Spezialisierungen, wie zwei Forschungsgruppen der ETH Zürich nun gezeigt haben.

Wissenschaftler um die Professoren Jürg Leuthold vom Institut für Elektromagnetische Felder und Lukas Novotny vom Institut für Photonik haben gemeinsam mit Kollegen des National Institute for Material Science in Tsukuba (Japan) einen äusserst schnellen und empfindlichen Lichtdetektor entwickelt, der auf dem Zusammenspiel von neuartigen zweidimensionalen Materialien und nanophotonischen Lichtleitern beruht. Ihre Ergebnisse wurden kürzlich im Fachjournal Nature Nanotechnology veröffentlicht.

«In unserem Detektor wollten wir die Vorteile verschiedener Materialien ausnutzen und deren jeweilige Beschränkungen überwinden,» erklärt Nikolaus Flöry, Doktorand in Novotnys Gruppe. «Das geht am besten, indem man eine Art künstliches Kristall – auch Heterostruktur genannt - aus jeweils nur wenige Atome dünnen Schichten herstellt. Ausserdem interessierte uns, ob der Hype um solche zweidimensionalen Materialien für praktische Anwendungen wirklich gerechtfertigt ist.»

In zweidimensionalen Materialien, wie etwa Graphen, bewegen sich Elektronen nur in einer Ebene anstatt in drei Raumdimensionen. Dadurch ändern sich ihre Transporteigenschaften, etwa wenn eine elektrische Spannung angelegt wird, grundlegend. Während sich allerdings Graphen nur bedingt für optische Anwendungen eignet, sind Verbindungen aus Übergangsmetallen wie Molybdän oder Wolfram und Chalkogenen wie Schwefel oder Tellur (abgekürzt als TMDC bezeichnet) sehr lichtempfindlich und lassen sich zudem leicht mit Silizium-​ Lichtleitern kombinieren.