Bergische Uni Ein Kuriosum und der Heilige Gral
Wuppertal · Der Lehrstuhl für Elektronische Bauelemente der Bergischen Universität Wuppertal erforscht in dem neuen Projekt „Heterointegration von Perowskitlasern in die Siliziumphotonik (HIPER-LASE)“ die Grundlagen einer technologischen Revolution. Kooperationspartner sind die Aachener AMO GmbH, die RWTH Aachen und die Universität Siegen.
Das Projekt zur Erforschung neuartiger Laser, die in der integrierten Photonik – also in Schaltkreisen, die Licht anstelle von Elektrizität zur Daten- und Signalverarbeitung nutzen – eingesetzt werden können, wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft über eine Laufzeit von drei Jahren mit insgesamt rund 825.000 Euro gefördert. 304.600 Euro gehen an die Bergische Universität.
Theodore Maiman, der 1960 den weltweit ersten Laser entwickelte, bezeichnete seine Erfindung als „a solution seeking a problem“ – frei übersetzt: ein Kuriosum ohne unmittelbaren Nutzen. Die darauffolgenden 60 Jahre bewiesen jedoch das Gegenteil und haben ein umfangreiches Anwendungsspektrum für den Laser hervorgebracht: Das Internet, wie wir es kennen, wäre ohne Laser undenkbar; die Medizin profitiert davon unter andere bei der Chirurgie mittels Laser und viele Betriebe nutzen Laser zum Schweißen und Schneiden. Das Akronym Laser steht für „light amplification by stimulated emission of radiation“, also ein Verstärker für Licht, dessen Funktionsweise auf die nobelpreisgekrönten Erkenntnisse von Albert Einstein zurückgeht. „Diese Verstärker für Licht in Schaltkreise zu integrieren – in Analogie zu integrierten elektronischen Schaltungen –, ist bis heute ein ,Heiliger Gral‘ und nichts weniger als eine technologische Revolution“, so Prof. Dr. Thomas Riedl, Leiter des Lehrstuhls für Elektronische Bauelemente der Bergischen Universität.
Hier kommen neue Halbleiter aus einer Materialklasse ins Spiel, die man als Mineralien kennt, die Perowskite. Diese aus Lösungsprozessen herstellbaren Materialien haben sich als sehr effiziente Verstärkermaterialien für Licht erwiesen und sie besitzen somit ein großes Potenzial für die Integration in die Silizium-Elektronik. Um als Laser zu funktionieren, muss der Perowskit mit Energie versorgt werden – man spricht vom so genannten Pumpen. „Die Energiezufuhr ist bislang nur optisch, also durch Beleuchten mit einem anderen Laser möglich. Wir erwarten aber, dass erst ein elektrisch gepumpter Perowskit-Laser in Verbindung mit Siliziumnitrid-Photonik der integrierten Photonik zum Durchbruch verhelfen kann“, erklärt Prof. Riedl.
In dem Projekt HIPER-LASE haben sich daher die Forscher der Bergischen Universität mit Partnern der Aachener AMO GmbH, der RWTH Aachen und der Universität Siegen zusammengeschlossen, um gemeinsam am elektrischen Betrieb eines Perowskit-Lasers zu arbeiten. „Dazu müssen wir zuallererst verstehen, wie diese Perowskite auf eine hohe elektrische Anregung reagieren und inwiefern unter diesen Hochanregungsbedingungen Verlustmechanismen auftreten, welche dem elektrisch gepumpten Laserbetrieb vielleicht sogar entgegenwirken“, betont Riedl und ergänzt: „Dank unserer umfangreichen Pionierarbeiten zu Perowskit-Lasern in früheren Projekten und durch unsere exzellenten Partner haben wir allerdings beste Startbedingungen für unser Vorhaben und hoffen, dass wir im globalen Rennen um die erste Perowskit-Laserdiode am Ende erfolgreich sein werden.“
