Schneller als 5G: Forscher bauen "Super-Diode"

David Storm (links) und Tyler Growden im Labor (Foto: U.S. Navy, J. Steffen)

Washington (pte002/14.05.2020/06:05) - Forscher des U.S. Naval Research Laboratory http://nrl.navy.mil haben ein neues elektronisches Bauteil entwickelt, das unter Laborbedingungen schnellere Geschwindigkeiten zur Datenübertragung erreicht als die 5G-Mobilfunktechnologie. Konkret handelt es sich um eine Resonanztunneldiode (RTD), die auf Gallium und Nitrid basiert und dank des aus der Quantenmechanik bekannten "Tunneleffekts" einen extrem schnellen Transport von Elektronen ermöglicht.

"Rekordverdächtige Geschwindigkeiten"

"Unsere Arbeit beweist, dass Resonanztunneldioden aus Gallium und Nitrid nicht von Haus aus langsam sein müssen, wie vielfach angenommen wird", erklärt Tyler Growden, Elektroingenieur am gemeinsamen Forschungslabor für die U.S. Navy http://navy.mil und das U.S. Marine Corps http://marines.mil ."Sowohl, was die Frequenzrate als auch die erzielbare Leistung betrifft, schneiden sie im Vergleich zu RTDs, die aus anderen Materialien gefertigt werden, sehr gut ab", betont der Forscher.

Bei Laborversuchen, die Growden gemeinsam mit seinem Kollegen, dem Physiker David Storm, durchgeführt hat, wurden eigenen Angaben zufolge "rekordverdächtige Geschwindigkeiten" bei Stromausgabewerten und Schaltungstempo erzielt. "Das ermöglicht Anwendungen, die eine Elektromagnetik im Millimeterwellen- und Frequenzen im Terahertz-Bereich benötigen. Beispiele für entsprechende Applikationen könnten etwa in den Kommunikations- und Netzwerktechnologien oder auch in der Sensorik liegen", so die beiden Experten.

Herstellung als schwieriges Unterfangen

Dass die von Growden und Storm entwickelte Komponente in punkto Speed derart gut abschneidet, verdankt sie einem Phänomen aus der Quantenmechanik: dem sogenannten "Tunneleffekt". Dieser besagt, dass ein Teilchen eine physikalische Barriere von endlicher Höhe auch dann überwinden kann, wenn seine Energie geringer als die Höhe der Barriere ist, weil es gewissermaßen gleichzeitig die Eigenschaften eines Teilchens und einer Welle haben kann.

"Die Herstellung von funktionierenden elektronischen Bauteilen, die diesen Effekt nutzen, ist allerdings nicht einfach. Dazu braucht es genaue Schnittstellen auf atomarer Ebene. Außerdem reagieren sie sehr sensibel auf viele Dinge wie Streuung und Spannungsverluste", merkt Storm an. Es sei aber bereits gelungen, einen wiederholbaren Produktionsprozess zu entwickeln, durch den der Output an funktionierenden Geräten von 20 auf bis zu 90 Prozent gesteigert werden kann.

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