WEBVTT 00:00.000 --> 00:02.240 Diamonds are the girls' best friend. 00:02.720 --> 00:06.060 Aber nicht nur Frauen umgeben sich gern mit dem funkelnden Luxusgut, 00:06.240 --> 00:07.440 sondern auch Forscher am KIT. 00:08.000 --> 00:11.300 Denn Diamanten eignen sich bestens zur Datenübertragung. 00:11.720 --> 00:14.900 Bisher haben Wissenschaftler dafür monokristalline Industriediamanten 00:14.900 --> 00:15.480 eingesetzt. 00:16.120 --> 00:20.020 Aber die Herstellung dieser Diamanten ist sehr aufwendig und sehr 00:20.020 --> 00:20.380 teuer. 00:21.040 --> 00:24.760 Dr. Wolfram Pernis und sein Team vom Institut für Nanotechnologie 00:24.760 --> 00:26.800 haben jetzt eine neue Lösung gefunden. 00:26.800 --> 00:31.140 Sie haben erstmals Polykristallinediamant für einen optischen 00:31.140 --> 00:32.080 Schaltkreis benutzt. 00:32.800 --> 00:36.360 Meine Kollegin Margarete Jall hat herausgefunden, was es damit genau 00:36.360 --> 00:36.920 auf sich hat. 00:37.240 --> 00:40.860 Licht eignet sich hervorragend, um gewaltige Datenmengen in kürzester 00:40.860 --> 00:41.940 Zeit zu übertragen. 00:42.380 --> 00:45.520 Und genau diese Eigenschaft von Licht, besser gesagt von Photonen, 00:45.960 --> 00:47.840 machen sich Quantenphotoniker zunutze. 00:48.440 --> 00:51.780 Wolfram Pernis vom Institut für Nanotechnologie ist einer von ihnen. 00:51.780 --> 00:54.800 Er beschäftigt sich mit der Datenübertragung per Licht. 00:55.240 --> 00:58.580 Und damit die funktioniert, braucht es Materialien, die entsprechende 00:58.580 --> 00:59.960 optische Eigenschaften haben. 01:00.440 --> 01:02.360 Diamant ist dafür besonders geeignet. 01:02.660 --> 01:07.500 Zum einen ist er sehr mechanisch stabil, also kann man ja bekanntlich 01:07.500 --> 01:07.940 nicht zerkratzen. 01:08.860 --> 01:10.780 Dann hat er eine hohe Wärmeleitfähigkeit. 01:12.340 --> 01:16.060 Also wenn man viel Leistung reingibt, dann verteilt sich die 01:16.060 --> 01:18.640 gleichmäßig und wird nicht nur an einer Stelle heiß. 01:19.620 --> 01:23.360 Der ist auch mehr oder weniger biokompatibel, also man kann ihn auch 01:23.360 --> 01:25.800 für biologische Anwendungen einsetzen. 01:26.620 --> 01:30.460 Er ist durchlässig für Licht über einen sehr breiten Spektralbereich 01:30.460 --> 01:34.560 und hat dann Zugang zu weiten, vielen Wellenlängen, also sichtbares 01:34.560 --> 01:41.420 Licht und infrarotes Licht und hat auch eine sehr hohe Steifigkeit. 01:41.960 --> 01:45.960 Also wenn man mechanische Bauelemente drauf baut, können die hohe 01:45.960 --> 01:46.820 Frequenzen haben. 01:46.820 --> 01:49.760 Bisher haben Wissenschaftler für optische Schaltkreise nur 01:49.760 --> 01:52.520 Monokristalline Industriediamanten eingesetzt. 01:53.000 --> 01:56.020 Das sind hochreine Kristalle, bei denen unter einer Milliarden 01:56.020 --> 01:59.100 Diamantatomen höchstens ein Fremdatom vorkommt. 01:59.680 --> 02:02.080 Ihre Herstellung ist aber sehr aufwendig und teuer. 02:02.680 --> 02:06.140 Die Forschungsgruppe von Wolfram Panis hat jetzt zum ersten Mal 02:06.140 --> 02:09.900 Polykristallinediamant für einen optischen Schaltkreis eingesetzt. 02:10.520 --> 02:13.940 Dieser Diamant ist äußerst robust und eignet sich daher auch für den 02:13.940 --> 02:15.060 industriellen Einsatz. 02:15.540 --> 02:18.500 Hergestellt wird er synthetisch in einem Mikrowellenreaktor. 02:18.980 --> 02:22.660 Durch hohen Druck und hohe Temperaturen wachsen dabei Atom für Atom 02:22.660 --> 02:24.200 polykristalline Schichten. 02:24.360 --> 02:27.260 Der Knackpunkt ist halt, dass man nicht nur kleine Diamanten wachsen 02:27.260 --> 02:29.600 kann, sondern sehr große, also in der Fläche groß. 02:30.320 --> 02:34.580 Und die, die wir nehmen, die sind bis zu sechs Inch groß, also es sind 02:34.580 --> 02:38.700 ungefähr 15 Zentimeter im Durchmesser und dann eben einmal kreisrum. 02:38.700 --> 02:42.720 Also es hängt im Wesentlichen davon ab, wie groß der Wafer ist, den 02:42.720 --> 02:46.120 wir am Anfang genommen haben und der ist sechs Inch in dem Fall. 02:46.340 --> 02:48.360 Und nur etwa einen halben Millimeter dick. 02:48.840 --> 02:51.800 Der Wafer ist quasi die Arbeitsplatte, auf die die dünne 02:51.800 --> 02:53.700 Diamantbeschichtung aufgetragen wird. 02:54.220 --> 02:57.720 Anschließend wird er in mehrere kleine Teile gebrochen, die etwa ein 02:57.720 --> 03:01.600 bis zwei Quadratzentimeter groß sind und damit Platz für beliebig 03:01.600 --> 03:03.380 viele kleine Schaltkreise bieten. 03:03.380 --> 03:07.660 Der Clou dabei, Pernis und sein Team kombinieren damit zwei 03:07.660 --> 03:10.960 verschiedene Forschungsrichtungen, die Optik und die Mechanik. 03:11.360 --> 03:14.460 Das Ergebnis ist ein sogenannter optomechanischer Schaltkreis. 03:15.180 --> 03:19.140 Was wir nehmen, sind Wellenleiter, so Lichtleiter, so eine Art 03:19.140 --> 03:21.980 Glasfaser auf dem Chip, nur dass es halt kein Glas ist, sondern 03:21.980 --> 03:22.560 Diamant. 03:23.980 --> 03:28.020 Normalerweise sitzt der fest auf dem Untergrund, also auf dem Wafer 03:28.020 --> 03:31.840 eben drauf und kann sich deswegen nicht bewegen, weil er unten dran 03:31.840 --> 03:32.100 hängt. 03:32.100 --> 03:35.260 Und was wir jetzt machen, ist, wir nehmen das Glas unter dem 03:35.260 --> 03:36.080 Wellenleiter weg. 03:36.840 --> 03:40.200 Dann hängt er quasi in der Luft und ist halt nur an zwei Seiten 03:40.200 --> 03:43.740 eingespannt, ganz ähnlich wie eine normale Seite in einem Instrument 03:43.740 --> 03:47.560 und kann sich dann auch so bewegen wie eine Seite. 03:47.780 --> 03:51.800 Also wenn man mit der richtigen Frequenz dran wackelt, baut sich so 03:51.800 --> 03:54.260 eine Schwingung auf, die wir dann messen wollen. 03:54.480 --> 03:56.700 Das kann man sich etwa vorstellen wie auf einer Brücke. 03:57.020 --> 04:00.040 Hüpft man mit der richtigen Frequenz, fängt die Brücke an zu 04:00.040 --> 04:00.540 vibrieren. 04:00.540 --> 04:04.420 In unserem Fall ist der freischwingende Wellenleiter ein sogenannter 04:04.420 --> 04:06.460 nanomechanischer Resonator. 04:07.040 --> 04:10.000 Der ist winzig klein mit einem Durchmesser von ein paar hundert 04:10.000 --> 04:12.940 Nanometern, also wesentlich kleiner als ein Haar. 04:13.560 --> 04:16.800 Weil er so klein ist, reagiert er auch sehr empfindlich auf minimale 04:16.800 --> 04:20.920 Störungen, wie Druck- und Temperaturschwankungen oder Krafteinflüsse, 04:21.260 --> 04:22.720 wie zum Beispiel von einem Laser. 04:23.080 --> 04:26.980 Durch das An- und Ausschalten wird der Balken optisch angeregt, er 04:26.980 --> 04:27.300 wackelt. 04:27.300 --> 04:31.300 Wenn wir jetzt den Laser anstellen, dann wird dieser Balken nach unten 04:31.300 --> 04:34.080 gezogen, also in Richtung von dem Glasuntergrund. 04:35.020 --> 04:38.740 Und wenn der Wellenleiter näher an das Glas rankommt, dann sieht das 04:38.740 --> 04:42.260 Licht, das in dem Wellenleiter drin ist, das Substrat. 04:42.400 --> 04:43.800 Also es ist so eine Art Tunneleffekt. 04:44.420 --> 04:47.500 Dadurch wird das Licht ein bisschen abgebremst sozusagen. 04:47.980 --> 04:50.800 Also es sieht halt mehr Material und kann sich deswegen nicht so 04:50.800 --> 04:51.640 schnell ausbreiten. 04:51.640 --> 04:57.620 Und diese Verlangsamung der Lichtgeschwindigkeit, die kann man optisch 04:57.620 --> 04:58.620 sehr empfindlich messen. 04:58.720 --> 05:01.880 Dabei wird quasi gemessen, wie viel Licht am Ausgang ankommt. 05:02.440 --> 05:05.560 Und weil dieses System so empfindlich ist, kann man damit auch sehr 05:05.560 --> 05:06.840 kleine Schwankungen messen. 05:07.360 --> 05:10.860 Die Diamanten in Schaltkreise scheinen also ideal für Sensoren vom 05:10.860 --> 05:13.080 Airbag bis zur Wasserwaage im Smartphone. 05:13.540 --> 05:17.440 Das ist aber Zukunftsmusik, denn Wolfram Penis betont, dass er 05:17.440 --> 05:19.500 lediglich Grundlagenforschung betreibt.