Mikroelektronikschaltung spürt Lichtteilchen auf

Forscher der Technischen Universität Ilmenau haben eine mikroelektronische Schaltung entwickelt, mit der selbst extrem schwache Signale einzelner Lichtteilchen ausgewertet werden können. Die Methode ermöglicht eine neue Generation hochempfindlicher Spezialkameras oder Messsysteme.

Kernstück ist ein Detektor für einzelne Lichtteilchen, Photonen, an den eine mikroelektronische Schaltung angekoppelt ist. Mit dem neuartigen Verfahren gelang es den Angaben zufolge weltweit zum ersten Mal, Photonendetektoren direkt auszulesen – eine notwendige Grundlage, um in der Zukunft Kameras zu entwickeln, die schwache Signale verarbeiten können. Beim Erforschen energieeffizienter mikroelektronischer Schaltungen nutzen die Ilmenauer Wissenschaftler Quanteneffekte in supraleitenden Materialien. Damit wird beim Ausführen von Operationen auf dem Chip sehr viel weniger elektrische Leistung in Wärme umgesetzt als bei derzeit üblichen Schaltungen. Daher können mit den neuen Mikroelektronikschaltungen hochempfindliche Sensorsysteme realisiert und beispielsweise in Präzisionsmessgeräten eingesetzt werden.

Die Lösung für die energieeffizienten mikroelektronischen Schaltungen wurde am Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik der TU Ilmenau entwickelt. Die Schaltung wurde am Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena hergestellt, der Detektor für die Photonen kommt vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal „Optics Express“ veröffentlicht und auf dem Internationalen Workshop zur Entwicklung energieeffizienter Mikroelektronikschaltungen mit supraleitenden Materialien in Ilmenau präsentiert. Forscher der TU Ilmenau waren auch daran beteiligt, eine Konzeption für eine europäische Forschungsstrategie auf diesem Technikgebiet zu entwickeln.

Europa strebt mit Mikroelektronikschaltungen an, hochempfindliche Sensoren für hochpräzise Messgeräte zu entwickeln. Japan und die USA sind dagegen an Mikroprozessoren für Computer interessiert, deren Schaltkreise zehn Mal schneller sind als herkömmliche und gleichzeitig nur ein Hundertstel der Energie verbrauchen.