TU Berlin erhält Zuschlag für BMBF-Kompetenzzentrum "NanOp"

Nano-optoelektronische Bauelemente ermöglichen neue Perspektiven für innovative Systeme im Konsum- und Kommunikationsbereich

Die Zukunft hat einen Namen: Nanotechnologie. Sie gilt als eine der Schlüsseltechnologien des kommenden Jahrhunderts. Das Vordringen in die Winzigkeit des Nanokosmos führt uns in Bereiche, die etwa 10.000mal dünner sind als ein menschliches Haar oder 1.000mal dünner als ein Haushaltsaluminiumfolie.

Doch es geht hier nicht um eine weitere Miniaturisierung von technischen Bauteilen: Nanostrukturen sind nicht nur kleiner, sondern besitzen grundlegend neuartige Eigenschaften. Die Informations- und Kommunikationstechnologie, aber auch die Konsumindustrie werden davon profitieren. CDs mit Speicherkapazitäten von mehreren hundert Stunden Musik oder optische Computer, die Dateninformationen nicht mehr durch elektrische Signale, sondern wie in Glasfasernetzen mittels kurzen Lichtimpulsen weitergeben, sind nur zwei Beispiele, von denen heute geträumt wird. Allerdings befinden wir uns noch im Stadium der anwendungsorientierten Grundlagenforschung. Erste marktwirtschaftliche Umsetzungen wird es in etwa drei Jahren geben.

An den Zukunftschancen der Nanotechnologie besteht kein Zweifel, dies hat auch das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF) erkannt. Es hatte im Frühjahr einen Wettbewerb zur Förderung von Nanotechnologie-Kompetenzzentren ausgerufen, um die vorhandenen Kompetenzen miteinander zu vernetzen und zu bündeln. Dadurch soll ein Beitrag geleistet werden, die Umsetzung von wissenschaftlichen Forschungsergebnissen in Produkte, Produktionsverfahren und Dienstleistungen zu beschleunigen und den Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Deutschland zu stärken.

Sechs der 14 Bewerber für ein Kompetenzzentrum wurden nun ausgewählt und erhalten in den nächsten fünf Jahren bis zu 150 Mio. DM Forschungsmittel. Mit dabei ist erstmals Berlin. Das siegreiche Konzept "NanOp -Anwendungen von Nanostrukturen in der Optoelektronik wurde federführend von Wissenschaftlern des TU-Instituts für Festkörperphysik gemeinsam mit dem Heinrich-Hertz-Institut erarbeitet. An der TU Berlin beschäftigt sich die Arbeitsgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Dieter Bimberg mit Quantenpunkten. Ziel ist es, Quanteneffekte für neuartige optoelektronische und elektronische Baulemente, welche auf Quantenpunkten basieren, zu nutzen.

Quantenpunkte sind pyramidenförmige, winzige Inselchen eines Halbleitermaterials - so winzig, daß selbst das menschliche Haar rund 10.000mal dicker ist. Die geringe Größe der Quantenpunkte hat einen äußerst nützlichen Effekt: Normalerweise bewegliche Elektronen können nicht mehr beliebige, sondern nur noch ganz bestimmte Energieniveaus annehmen. Da bei bestimmten Abmessungen der Quantenpunkte lediglich zwei Niveaus möglich sind, hat man sozusagen eine digitale Eins und eine digitale Null. Jeder Quantenpunkt hat auf diese Weise ein Bit an Informationen gespeichert - ideale Voraussetzungen auch für neue Speichereinheiten. Im Vergleich dazu belegt eine Speichereinheit auf einer CD zur Zeit 1.000mal mehr Fläche als ein Quantenpunkt.

Der beschriebe Effekt hat noch weitere Vorteile: Springt das Elektron vom höheren in den niedrigen Energiezustand, wird wie bei Atomen der Energieunterschied in Form von Licht ausgestrahlt. Dadurch, daß die Abmessungen des Quantenpunkts beeinflußt werden können, können die TU-Wissenschaftler auch die Wellenlänge, das bedeutet die Farbe, des Lichts verändern. Der Clou: Auf diese Weise erhalten die Forscher Farbbereiche, die für herkömmliche Halbleiterlaser bisher unerreichbar waren. Gerade diese Bereiche des Laserlichts führen zu einer besseren Datenübertragung in Glasfaserkabeln. Einen funktionsfähigen Quantenpunkt-Laser haben die TU-Physiker in Kooperation mit russischen Wissenschaftlern des A.F. Ioffe-Instituts, St. Petersburg weltweit bereits 1994 entwickelt. Nun arbeiten sie daran, ihren Minilaser auf neuartige Wellenlängen umzustellen. Ziel ist es unter anderem, die Datenübertragung im Computer auf Lichtimpulse umzustellen. In Glasfasernetzen ist das bereits üblich, in Computern geschieht das zur Zeit jedoch noch mittels elektrischer Signale. Der Geschwindigkeitsgewinn beim Einsatz von Photonen beträgt mehrere Zehnerpotenzen.

Um diese und andere Entwicklungen voranzubringen und später marktwirtschaftlich umzusetzen, bedarf es Strukturen, wie sie das Konzept von "NanOp" mit seinem wissenschaftlichen und wirtschaftlich-finanziellen Netzwerk vorsieht. Bundesweit 17 Forschungseinrichtungen, acht Unternehmen und zwei Banken von der Universität München über die Siemens AG bis hin zu diversen Max-Planck-Instituten sind an diesem Konzept beteiligt. In fünf Jahren möchte man soweit sein, eine ausreichende Zahl der neuen nano-optoelektronischen Elemente produzieren zu können, die ihrerseits neue nano-optoelektronischen Systeme ermöglichen. Dazu zählen Produkte der Kommunikationstechnik, der Umweltüberwachung, aber auch Konsumgüter wie CD-Player oder Laser-TV.