Forscher der Technischen Universität Ilmenau haben eine mikroelektronische Schaltung entwickelt, mit der selbst extrem schwache Signale einzelner Lichtteilchen, so genannter Photone, noch ausgewertet werden können. Die neue wissenschaftliche Methode ermöglicht eine neue Generation hochempfindlicher Spezialkameras oder Messsysteme, etwa für astronomische Teleskope. Die weltstandsbestimmenden Forschungsergebnisse wurden soeben im renommierten Fachjournal Optics Express veröffentlicht und auf dem 7. Internationalen Workshop zur Entwicklung energieeffizienter Mikroelektronikschaltungen mit supraleitenden Materialien präsentiert, der vom 26. bis zum 28. September in Ilmenau stattgefunden hat.
Kernstück der neuen Spezialkameras ist ein Detektor für einzelne Lichtteilchen, an dem eine mikroelektronische Schaltung angekoppelt ist. Mit der neuartigen Methode gelang es den Ilmenauer Wissenschaftlern weltweit zum ersten Mal, Photonendetektoren direkt auszulesen – eine notwendige Grundlage, um in der Zukunft Kameras zu entwickeln, die schwache Signale verarbeiten können. Bei der Erforschung energieeffizienter mikroelektronischer Schaltungen nutzen die Ilmenauer Wissenschaftler Quanteneffekte in supraleitenden Materialien. Mit dieser Methode wird bei der Ausführung von Operationen auf dem Chip sehr viel weniger elektrische Leistung in Wärme umgesetzt als bei derzeit üblichen Schaltungen. Daher können mit den neuartigen Mikroelektronikschaltungen hochempfindliche Sensorsysteme realisiert und in der Industrie beispielsweise in Präzisionsmessgeräten eingesetzt werden. Forscher der Ilmenauer Universität waren auch maßgeblich an der Entwicklung einer Konzeption für eine europäische Forschungsstrategie auf diesem Technikgebiet beteiligt.
Die Forschungsschwerpunkte im Bereich Mikroelektronikschaltungen sind von Kontinent zu Kontinent unterschiedlich. Europa, so auch die TU Ilmenau, strebt mit solchen Schaltungen an, hochempfindliche Sensoren für Messgeräte allerhöchster Präzision zu entwickeln. Demgegenüber steht in den USA und Japan im Mittelpunkt des Interesses, Mikroprozessoren für Computer zu entwickeln, deren elektronische Schaltkreise zehn Mal schneller sind und gleichzeitig nur ein Hundertstel der elektrischen Energie verbrauchen wie herkömmliche.
Die Lösung für die energieeffizienten mikroelektronischen Schaltungen wurde am Fachgebiet Theoretische Elektrotechnik der TU Ilmenau entwickelt. Die Herstellung der Schaltung erfolgte am Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena und der Detektor für die Photonen ist ein Forschungsergebnis des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Zusammen mit dem IPHT Jena verfügt das Bundesland Thüringen somit über ein bedeutendes Zentrum für die Anwendung supraleitender Mikroelektronik- und Sensorikschaltungen.
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TU Ilmenau entwickelt weltweit einzigartige mikroelektronische Schaltung für Spezialkameras, © TU Ilmenau