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Jun 01, 2023

Ultraschnelles Internet zu Hause könnte eines Tages über LED-Glühbirnen bereitgestellt werden

Perowskit-basierte Leuchtdioden (LEDs) könnten der Schlüssel dazu sein, Internetbandbreiten um Größenordnungen schneller als derzeit verfügbar zu entwickeln und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Kosten zu senken

Perowskit-basierte Leuchtdioden (LEDs) könnten der Schlüssel dazu sein, Internetbandbreiten um Größenordnungen schneller als derzeit verfügbar zu entwickeln und gleichzeitig den Energieverbrauch und die Kosten niedrig zu halten, behaupten Forscher. Weitere mögliche Anwendungen liegen in der Lasertechnik.

Perowskit ist ein natürliches Mineral, das erstmals 1839 im russischen Uralgebirge entdeckt wurde und hauptsächlich aus Kalzium, Titan und Sauerstoff besteht – alles in den zehn häufigsten Elementen der Erdkruste. Das Mineral gab einer Klasse von Materialien seinen Namen, die auf denselben Elementen basieren, aber mit geringen Mengen anderer Elemente dotiert sind. Fast in den ersten zwei Jahrhunderten nach ihrer Entdeckung waren diese Perowskite größtenteils eine Kuriosität, die nur für Chemiker von Interesse war.

In jüngerer Zeit hat die Fähigkeit von Perowskiten, abhängig von den Atomen, mit denen sie dotiert sind, unterschiedliche elektrische Eigenschaften zu zeigen, sie jedoch zu einem Wundermaterial gemacht. Perowskite stellen heute eine der effizientesten Methoden dar Energie aus Sonnenlicht einzufangen und verbessern sich weiterhin in beispiellosem Tempo. Darüber hinaus besteht das Potenzial, dass Perowskite deutlich kostengünstiger hergestellt werden können als herkömmliche Solarzellen auf Siliziumbasis, während eine Perowskitschicht über einer Siliziumbasis mehr Licht einfangen könnte als beide allein.

Als vor einem Jahrzehnt der Welt das Potenzial von Perowskiten zum Einfangen von Licht offenbart wurde, wurde auch festgestellt, dass sie bessere Möglichkeiten zur Freisetzung von Licht bieten könnten, was zu effizienteren und flexibleren LEDs führen könnte. Für einen Planeten, der sich mitten in einer kombinierten Klima- und Energiekrise befindet, schien das eher ein nachträglicher Einfall zu sein, obwohl es natürlich ein offensichtlicher Gewinn ist, wenn unsere LED-Fernsehbildschirme weniger Strom benötigen, um sie zu beleuchten.

Forscher der Universitäten Cambridge und Surrey haben jedoch gezeigt, dass die Kapazitäten von Perowskit-LEDs mehr als nur ein nachträglicher Einfall sein könnten. Sie haben die Kontrolle über Metallhalogenid-Perowskit-LEDs angekündigt, die Modulationsbandbreiten von 42,6 MHz und Datenübertragungsraten von mehr als 50 Mbit/s erzeugten. Die Autoren meinen, dass dies erst der Anfang sei, da Bandbreiten im Gigahertz-Bereich möglich seien. Bei maximalen Geschwindigkeiten verbraucht dies viel Energie pro Bit, aber die Drosselung auf Geschwindigkeiten, die für die meisten Zwecke ausreichen, macht die Systeme deutlich weniger energiehungrig.

Seit Jahrzehnten sehen Physiker in der Photonik die Zukunft der Datenverarbeitung, indem sie Elektronen durch Photonen ersetzen, die sich buchstäblich mit Lichtgeschwindigkeit bewegen. Die Umsetzung in die Praxis erweist sich jedoch als schwieriger als erhofft.

Geschwindigkeiten werden weit mehr durch die Kapazität der Sendegeräte als durch die Bewegungen der informationstragenden Photonen begrenzt. Das Team glaubt jedoch, dass die Fähigkeit von Perowskit-LEDs, sich blitzschnell ein- und auszuschalten, der notwendige Fortschritt sein könnte. Perowskite können auch in Substrate, einschließlich Siliziumchips, eingebaut werden und diese direkt in die Verarbeitungsgeräte integrieren.

„Wir haben die erste Studie bereitgestellt, um die Mechanismen hinter der Entwicklung von Hochgeschwindigkeits-Perowskit-LEDs aufzuklären, was einen bedeutenden Schritt in Richtung der Realisierung von Perowskit-Lichtquellen für die Datenkommunikation der nächsten Generation darstellt“, sagte Hao Wang, Doktorand der Universität Cambridge, in einer Erklärung.

„Die Möglichkeit, lösungsverarbeitete Perowskit-Emitter auf Siliziumsubstraten herzustellen, ebnet auch den Weg für deren Integration in mikroelektronische Plattformen und bietet neue Möglichkeiten für eine nahtlose Integration und Weiterentwicklung im Bereich der Datenkommunikation.“

Die Studie ist in Nature Photonics veröffentlicht.