Moderne Computer sind deswegen so leistungsfähig, weil winzige Schaltelemente in ihnen elektrische Ströme in Bruchteilen einer Sekunde steuern können, erklärt die Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) Zürich in einer Mitteilung. Heute arbeiten die elektronischen Schaltkreise routinemässig mit einer Frequenz von mehreren Gigahertz bis hin zu Terahertz. Die Computer der Zukunft sollen jedoch noch effizienter werden. Dazu müssen sie in den tausendmal schnelleren Petahertz-Bereich vorstossen.
Bisher war noch unbekannt, ob und wie sich Elektronen in dieser Geschwindigkeit kontrollieren lassen. Forscher der ETH Zürich haben nun untersucht, wie Elektronen auf Petahertz-Felder reagieren. Die Wirkung rasch schwingender elektrischer Felder auf Elektronen zu messen, stellt eine grosse Herausforderung dar. Mit einer Technik von ETH-Forschern ist es dennoch gelungen. Dabei setzten die Forscher ein 50 Nanometer dickes Stück Diamant einem wenige Femtosekunden dauernden Laserpuls im Infrarotbereich aus.
Die Messungen der Forscher zeigen, dass es auch bei so hohen Frequenzen möglich ist, Elektronen mit elektrischen Feldern zu steuern und zu schalten. Von hier bis zur Petahertz-Elektronik ist es zwar noch ein weiter Weg. Dennoch ist die Erkenntnis der Forscher von grosser Bedeutung: „Diamant ist ein wichtiges Material, das in einer Vielzahl von Technologien von der Optomechanik bis hin zu Biosensoren Anwendung findet. Ein genaues Verständnis der Wechselwirkung mit Lichtfeldern, wie wir es jetzt erreicht haben, ist daher fundamental“, kommentiert Matteo Lucchini von der ETH Zürich. ssp