Eerste programmeerbare kwantumdruppel een feit

(belga) Nadat de traditionele elektronische halfgeleider qua snelheid van datatransport zijn grenzen had bereikt, kwam het onderzoek naar optische halfgeleiders op gang. Het probleem bij deze is dat ze moeten worden gekoeld om fatsoenlijk te functioneren, en dat is duur. Daarom wordt er wereldwijd veel onderzoek verricht naar alternatieven. Zo ook in het project BBPhotonics, onderdeel van het nationale onderzoeksprogramma Freeband in Nederland.

In BBPhotonics werken universiteiten en bedrijfsleven samen aan technische mogelijkheden voor ongebreideld dataverkeer. BBPhotonics gaat ervan uit dat de informatieconsument ongehinderd door technische infrastructuur altijd en overal, zoveel als hij wil, moet kunnen communiceren. Dat kan alleen met supersnelle netwerken. Glasvezelnetwerken zijn bijvoorbeeld snel, maar komen nog steeds uit in halfgeleiders die de data omzetten (elektronisch) en/of doorgeven (optisch). Daarmee wordt ofwel de vaart eruit gehaald, ofwel bereiken de kosten onaanvaardbare niveaus. Nu kan echter het materiaal waaruit de halfgeleider bestaat, worden verrijkt met kwantumdruppels die op een vaste frequentie opereren, wat belangrijk is omdat data over licht worden getransporteerd op een golflengte van 1,55 micron.

Als eerste ter wereld heeft dr. Richard Nötzel nu met zijn team van de COBRA onderzoeksschool van TU Eindhoven een kwantumdruppel gecreëerd waarvan die frequentie precies kan worden ingesteld. Het grote voordeel van kwantumdruppels is dat ze zich niks aantrekken van temperatuur. Dat was juist het probleem bij de traditionele optische halfgeleider, die als hij warm wordt, niet meer op de gewenste frequentie opereert. Met de programmeerbare kwantumdruppel heeft Nötzel iets in handen dat kan leiden 'tot de ontwikkeling van ultieme apparaten qua snelheid en energieverbruik', zo beklemtoont het communiqué.

De theorie over de voordelen van kwantumdruppels stak in de jaren tachtig de kop op. De jaren negentig leverden de eerste exemplaren op, maar die werden tot op heden vooral vervaardigd van materiaal dat niet de gewenste golflengte voor optische datatransmissie opleverde.

De keuze voor meerdere materialen (InP en InAs) in een volledig nieuw gelaagd fabricageproces maakt het voor het eerst mogelijk de grootte van de kwantumdruppel, en daarmee ook zijn golflengte, te bepalen. Daarmee is de commerciële toepassing van kwantumdruppels in optische communicatiesystemen lichtjaren dichterbij gekomen.