Linzer Laser für die Internettechnik von morgen
Experimentalphysikerin Alberta Bonanni wurde mit Erfinderinnen-Award beim Staatspreis Patent ausgezeichnet
Linz – Seit ihrer Erfindung in den 1960er-Jahren haben Leuchtdioden eine große Karriere gemacht. Mittlerweile sind die LEDs, also „Licht-emittierende Dioden“, bereits in vielen Beleuchtungskörpern, die uns im täglichen Leben umgeben, verbaut. LEDs und die mit ihnen verwandten Halbleiterlaser können aber auch Licht im nicht sichtbaren Spektrum abgeben. Solche Infrarot- oder Ultraviolettlichtquellen sind in vielen technischen Anwendungen anzutreffen. Während UV-Dioden etwa bei der Desinfektion von Wasser eingesetzt werden, sind Infrarotlaser in der Medizin oder in der Telekommunikation zur Datenübertragung verbreitet.
Dioden bestehen aus speziellen Halbleiterkristallen, die Licht aussenden, wenn man Spannung anlegt. Die gewünschte Wellenlänge ist sowohl vom Halbleitermaterial als auch von der sogenannten Dotierung abhängig. Dotierung bedeutet, dass Fremdatome in den Halbleiter eingebracht werden, um dessen Eigenschaften zu verändern.
„Praktisch alle LEDs, die sichtbares oder ultraviolettes Licht erzeugen, bestehen aus Galliumnitrid“, sagt Alberta Bonanni, Experimentalphysikerin am Institut für Halbleiter- und Festkörperphysik der Johannes-Kepler-Universität Linz (JKU). Der Halbleiter, der aus Gallium und Stickstoff besteht, konnte bisher allerdings nicht für Dioden im Infrarotbereich verwendet werden. Hier sind Kristalle, die aus Gallium und dem potenziell gesundheitsgefährdenden Arsen bestehen, verbreitet.
Doch Bonanni und ihr Team haben es geschafft, diesen Stand der Technik wesentlich zu erweitern. Sie haben Dioden auf Basis eines Galliumnitridkristalls hergestellt, die auch Infrarotlicht aussenden. Und das auch in jenen Lichtbereichen, die für optischen Datentransfer verwendet werden – was ein enormes Anwendungspotenzial in der digitalen Vernetzung birgt. Bonanni bekam dafür kürzlich einen der erstmalig vom Verkehrsministerium und dem Österreichischen Patentamt vergebenen Staatspreise Patent zugesprochen: Sie wurde mit dem Hedy-LamarrPreis ausgezeichnet, der herausragende Erfinderinnen ehrt.
Dabei hatten die Linzer Grundlagenforscher eigentlich ein ganz anderes Ziel vor Augen. „Wir wollten magnetische Halbleiter finden, die auch bei Raumtemperatur arbeiten“, erläutert Bonanni. Diese Materialien sind Hoffnungsträger für eine neue Art von Computertechnik: der Spintronik. Mit Halbleitern, die bei Raumtemperatur magnetisch werden, könnte der sogenannte Eigendrehimpuls von Elektronen zur Verarbeitung von Daten verwendet werden. Nicht mehr fließende Elektronen, sondern der magnetische „Spin“der Elektronen, der zwei mögliche Ausrichtungen haben kann, würde als Grundlage von Computertechnik enorme Leistungen ermöglichen. Bisher gelangen Spintronik-Experimente aber nur bei sehr tiefen Temperaturen.
Ungiftige IT-Infrastruktur
Bonanni und Kollegen haben Galliumnitrid mit Mangan- und Magnesiumatomen dotiert, um magnetische Halbleiter zu entwickeln. Zwar wurde dieses Ziel verfehlt, es kam aber immerhin eine stabile Technik heraus, die das Potenzial hat, Internettechnik um ein Stück ungiftiger und umweltfreundlicher zu machen. Bis wann Bonannis Infrarotlaser aber tatsächlich Teil der IT-Infrastruktur sein kann, ist offen. „Es ist schwer zu sagen, wie lange es dauern wird. Wir sind jetzt dabei, den Prototyp zu optimieren.“