Immer kleiner, immer schneller – die Devise gilt seit Jahrzehnten bei der Weiterentwicklung im Bereich der Mikroelektronik. Ein Limit steht nach aktuellem Stand der Forschung fest: Ein Schaltkreis kann nicht kleiner als ein Atom sein. In welchem Bereich sich das Ganze zurzeit bewegt, zeigt beispielhaft der vor einigen Wochen vorgestellte Prototyp des kleinsten Akkus der Welt. Der Staubkorn-große Akku, für den Tesla-Technologie geschrumpft wurde, soll Computer im Submillimeterbereich antreiben. Aber auch bei der Höchstgeschwindigkeit von Rechnern gibt es Grenzen.

Eine solche physikalische Grenze für die Machbarkeit der Festkörperoptoelektronik haben jetzt deutsche und österreichische Forscher:innen identifiziert. Die Signalübertragung in Mikrochips kann nicht schneller als ein Petahertz (eine Million Gigahertz) sein, heißt es in einer in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichten Studie. Das heißt aber immerhin, dass noch genügend Luft nach oben ist. Denn die laut Forschung maximale Obergrenze ist immer noch 100.000 Mal schneller, als es derzeitige Transistoren sind, wie ORF.at berichtet.

Mit Schnelligkeit ist auf dem untersuchten Sektor hochfrequent gemeint. „Je schneller man werden will, desto hochfrequenter muss das elektromagnetische Signal sein“, erklärt Martin Schultze, Vorstand des Instituts für Experimentalphysik der Technischen Universität Graz, gegenüber ORF.at. Eine hohe Lichtfrequenz könne auch als elektromagnetisches Signal verwendet werden. In der Optoelektronik verwende man Licht, um die Elektronen in einem Halbleiter anzuregen. Dadurch wechsele dieser vom isolierten in den leitenden Zustand.

Für ihre Untersuchung verwendeten die Forscher:innen dielektrische Materialien. Das können etwa Gläser oder Keramiken sein. In diesen Materialien, die zur Anregung mehr Energie benötigen, kann Licht mit höherer Frequenz eingesetzt werden. Das wiederum macht eine schnellere Datenübertragung möglich. Konkret wurde Lithiumfluorid mit einem ultrakurzen Laserpuls beschossen. Das Ganze lief im Bereich von Atto- oder Femtosekunden ab. Die Obergrenze ergibt sich daraus, wie schnell das Material auf den Laserpuls reagierte, wie lange die Signalentstehung dauerte und nach welcher Zeit man das nächste Signal schicken kann, wie es bei ORF.at heißt.

Aber: Alle, die jetzt auf einen ultraschnellen Rechner im mit Chips, die im Petahertz-Bereich takten, hoffen, werden wohl enttäuscht werden. Denn die technische Obergrenze liegt laut den Forschenden wohl noch deutlich darunter. Wie schnell ein Computer künftig also wirklich werden kann, wird die Zukunft weisen.