Licht, Ton, Action: Mit Licht das Leben von Schallwellen verlängern

Licht, Ton, Action: Mit Licht das Leben von Schallwellen verlängern

Physik-News vom 08.05.2020

Informationen, die durch Licht übertragen werden, können in Schallwellen gespeichert werden, die sich 100 000 mal langsamer als Licht bewegen. Diese Zwischenspeicherung ist sinnvoll für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen, z.B. in der Informationsverarbeitung oder Sensorik. Hyperschallwellen haben jedoch eine sehr kurze Lebensdauer von wenigen Nanosekunden – zu kurz für viele Anwendungen.

Die Technologie der Zukunft, etwa Highspeed-Internet oder Radar- und Sensortechnologie, erfordert die schnelle und wärmearme Übertragung von Informationen. Chips, die statt mit Elektrizität mit Licht und Ton arbeiten, könnten diesen Bedarf decken: Sie verwenden Schallwellen, um die Informationen in Form von Licht, die über Glasfaserkabel übertragen werden, zu speichern und zu übertragen. Elektronen, die Wärme erzeugen, werden dabei nicht benötigt.


Symbolbild: Lichtimpulse frischen die Schallwellen auf.

Publikation:


Birgit Stiller, Moritz Merklein, Christian Wolff, Khu Vu, Pan Ma, Stephen J. Madden, and Benjamin J. Eggleton
Coherently refreshing hypersonic phonons for light storage
Optica 7 (5), 492-492 (2020)

DOI: 10.1364/OPTICA.386535



Die von Lichtwellen in Schallwellen übertragene Information zerfällt jedoch in wenigen Nanosekunden – zu schnell für mögliche Anwendungen der Technik. Birgit Stiller, Leiterin einer unabhängigen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, entwickelte zusammen mit Moritz Merklein aus der Forschungsgruppe Eggleton an der Universität Sydney und Christian Wolff von der Süddänischen Universität eine Methode zur Auffrischung dieser akustischen Wellen.

Auffrischung von akustischen Wellen durch Licht

"Wir haben sorgfältig getimte, synchronisierte Lichtimpulse verwendet, um die Schallwellen zu verstärken", erklärt Birgit Stiller. "Damit haben wir zum ersten Mal gezeigt, dass eine Auffrischung der akustischen Wellen möglich ist und dass Informationen dadurch viel länger gespeichert und verarbeitet werden können.“


Dr. Birgit Stiller im Labor (Sydney Nanoscience Hub).

Den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler gelang es, die Lebensdauer der in Schallwellen gespeicherten Informationen auf dem Chip um 300 Prozent zu verlängern: von 10 Nanosekunden auf 40 Nanosekunden. "Wir wollen mit dieser Methode die Zeitspanne noch weiter strecken, in der Informationen auf dem Chip gespeichert werden," so Moritz Merklein. Und Christian Wolff ist optimistisch: "Theoretisch kann dieses Konzept bis in den Mikrosekundenbereich ausgedehnt werden."

"Bislang war die Speicherung grundsätzlich durch die Lebensdauer der Schallwellen begrenzt. Mit der Auffrischung der Schallwellen können wir diese Beschränkung überwinden", erläutert Birgit Stiller. Dieser Machbarkeitsbeweis eröffnet viele Möglichkeiten für die optische Signalverarbeitung, Feinfilterung, hochpräzise Sensorik und Telekommunikation. Die in der Zeitschrift Optica veröffentlichte Forschung wurde in Zusammenarbeit mit der Universität Sydney, der Australian National University und der Süddänischen Universität durchgeführt.



Diese Newsmeldung wurde mit Material des Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts via Informationsdienst Wissenschaft erstellt



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E
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Neue Form von Chaos entdeckt
Die Entdeckung eines neuen Typs von Chaos durch Chemnitzer Physiker findet weltweite Beachtung – Potentielle Anwendung für Kommunikationstechnik, Kryptographie und Datenverarbeitung
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Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen.
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Ultradünner Supraleiter ebnet Weg zu neuen quantenelektronischen Instrumenten
Forschern des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) ist es gemeinsam mit Kollegen aus Karlsruhe, London und Moskau gelungen, erstmals einen kohärenten Quanteneffekt mit einem bei tiefen Temperaturen kontinuierlich supraleitenden Nanodraht experimentell nachzuweisen und damit einen neuen Quantendetektor zu realisieren.
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23.04.2018
Elektrodynamik - Quantenoptik
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18.04.2018
Optik - Teilchenphysik
Auf dem Weg zur optischen Kernuhr
Wissenschaftler aus Braunschweig, München, Darmstadt und Mainz berichten in "Nature" über einen Weg, eine Laseranregung des Thorium-229-Atomkerns zu kontrollieren und somit eine optische Kernuhr zu realisieren, die genauer „tickt“ als heutige Atomuhren.
18.04.2018
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Laser erzeugt Magnet – und radiert ihn wieder aus
Mit einem Laserstrahl in einer Legierung magnetische Strukturen zu erzeugen und anschließend wieder zu löschen – das gelang Forschern vom Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) in Kooperation mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und der Universität von Virginia in Charlottesville, USA.
17.04.2018
Quantenoptik
Laserbasiertes Röntgenbild im Eiltempo
Garchinger Laserphysiker haben mit Hilfe einer laserbasierten Röntgentechnik erstmals eine Knochenprobe innerhalb weniger Minuten rekonstruiert. Dadurch rückt eine medizinische Anwendung der neuen Technologie näher.
16.04.2018
Festkörperphysik - Quantenoptik
Ein Wimpernschlag vom Isolator zum Metall
Dank der geschickten Kombination neuartiger Technologien lassen sich vielversprechende Materialien für die Elektronik von morgen untersuchen.
10.04.2018
Festkörperphysik - Quantenoptik
Fraunhofer INT und Fraunhofer Space auf der ILA 2018: Bestrahlungstests und Satellitentechnologie
Auf der ILA 2018 in Berlin präsentiert das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT am Stand 202 in Halle 4 den Nachbau einer Co-60-Bestrahlungsanlage und bestrahlte Materialproben, die den Einfluss von Strahlung auf verschiedene Materialien veranschaulichen.
10.04.2018
Astrophysik - Klassische Mechanik - Optik
ILA 2018: Sicher, schnell und kostengünstig ins All
Der erdnahe Orbit gleicht einem stetig wachsenden Schrottplatz.
09.04.2018
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Das Hochleistungsmikroskop am Bungee-Seil
Wenn man einzelne Atome abbilden will, darf das Mikroskop nicht wackeln. Um das zu erreichen entwickelte man an der TU Wien eine patentierte Schwingungsdämpfung, die höchste Bildqualität ermöglicht.
06.04.2018
Festkörperphysik - Quantenoptik
Winzige Strukturen – große Wirkung
Materialwissenschaftler der Universität Jena gestalten Oberfläche winziger, gekrümmter Kohlenstofffasern durch Laserstrukturierung
04.04.2018
Astrophysik - Optik
Toter Stern, von Licht umgeben
Neue Bilder in Chile machen eine reichhaltige Landschaft aus Sternen und leuchtenden Gaswolken in einer unserer nächsten Nachbargalaxien sichtbar, der Kleinen Magellanschen Wolke.
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Quantenoptik
Ultrakurze Laserpulse machen Treibhausgas reaktionsfreudig
Es ist ein lang gehegter Traum: Das träge Treibhausgas Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen und es als Grundstoff für die chemische Industrie nutzen.
28.02.2018
Astrophysik - Optik
Einstein@Home entdeckt ersten nur im Gammalicht sichtbaren Pulsar
Das verteilte Rechenprojekt Einstein@Home aggregiert von zehntausenden Freiwilligen aus aller Welt gespendete Rechenleistung.
26.02.2018
Optik - Quantenphysik - Quantenoptik
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Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht
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Klassische Mechanik - Optik
Erste Messung der Erdgravitation mit einer transportablen optischen Uhr
Großes Potential für vereinheitlichte Messungen der Erdoberfläche
26.02.2018
Quantenphysik - Quantenoptik
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Quantencomputer können eine große Zahl an Rechenoperationen gleichzeitig ausführen.
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Quantenoptik
Wesentliche Quantencomputer-Komponente um zwei Größenordnungen verkleinert
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10.11.2017
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06.11.2017
Quantenoptik
Quantencomputer kommen in Bewegung
Die wissenschaftliche Arbeit von Kaufmann et al. ist im internationalen renommierten Journal Physical Review Letters 119, 150503 erschienen und stellt einen wichtigen Meilenstein zur Realisierung eines zukünftigen Quantencomputers dar.
16.10.2017
Astrophysik - Optik - Relativitätstheorie
ESO-Teleskope beobachten erstes Licht einer Gravitationswellen-Quelle
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22.08.2017
Astrophysik - Quantenoptik
Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten
Wissenschaftler des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) konnten mit Kollegen aus Deutschland und den USA zeigen, dass sich in den Eisriesen unseres Sonnensystems „Diamantregen“ bildet.
03.08.2017
Quantenoptik - Teilchenphysik
Mit Quantencomputern komplexe chemische Prozesse aufklären
Wissenschaft und Computerindustrie setzen grosse Hoffnungen auf Quantencomputer, mögliche Anwendungen beschreiben sie aber meist nur vage. Anhand eines konkreten Beispiels zeigen Wissenschaftler der ETH Zürich nun, was künftige Quantencomputer tatsächlich zu leisten vermögen.
03.08.2017
Quantenoptik
Ruckartige Bewegung schärft Röntgenpulse
Spektral breite Röntgenpulse lassen sich rein mechanisch „zuspitzen“.
27.07.2017
Elektrodynamik - Quantenoptik
Physiker designen ultrascharfe Pulse
Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.
30.06.2017
Quantenoptik
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Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt einen Laser mit nur 10 mHz Linienbreite
30.06.2017
Optik - Quantenphysik
Wechselwirkung von Licht und Materie - Ein perfektes Attosekunden-Experiment
Mit einem sogenannten Attosekunden-Experiment ist es Physikern der Waseda-Universität in Japan, des National Research Council in Kanada und des Max-Born-Instituts für Nichtlineare Optik und Kurzzeitspektroskopie (MBI) in Berlin gelungen, die Wellenfunktion eines ionisierten Elektrons komplett zu messen und zu beschreiben.
30.06.2017
Quantenoptik
Laser World of Photonics 2017: Fraunhofer IOF präsentiert neue Technologie für Quantenkommunikation
In naher Zukunft wird Quantenkryptographie ein wichtiges Thema für die sichere Übertragung von Kommunikation spielen.
30.06.2017
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Neue Methode für die Datenübertragung mit Licht
Der steigende Bedarf an schneller, leistungsfähiger Datenübertragung erfordert die Entwicklung neuer Verfahren zur verlustarmen und störungsfreien Übermittlung von optischen Informationssignalen.
18.11.2015
Quantenphysik - Quantenoptik
Qualitätskontrolle für Quantensimulatoren
Wissenschaftler der FU Berlin, der Universidade Federal do Rio de Janeiro und des MPQ entwickeln neues Verfahren für die Zertifizierung photonischer Quantensimulatoren
24.04.2015
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12.10.2020
Sterne - Schwarze_Löcher
Tod durch Spaghettisierung: Die letzten Momente eines von einem schwarzen Loch verschlungenen Sterns
Astronomen haben mit Teleskopen der Europäischen Südsternwarte (ESO) und anderer weltweit tätiger Organisationen einen seltenen Lichtblitz von einem Stern entdeckt, der von einem supermassereichen schwarzen Loch zerrissen wird.
12.10.2020
Planeten - Satelliten
Neues Wasservorkommen auf dem Mars entdeckt
Ein internationales Team von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern unter Beteiligung der Jacobs University Bremen hat Hinweise auf die Existenz mehrerer Gewässer gefunden, die unter der Südpolkappe des Mars verborgen sind.
12.10.2020
Teilchenphysik
Wenn Mensch und Maschine dieselbe Idee haben
Über Iridiumoxid muss man völlig anders nachdenken als bisher – zu diesem Ergebnis kam nun sowohl ein menschliches Forschungsteam als auch ein Machine Learning Algorithmus.
07.10.2020
Optik - Quantenphysik
Intelligente Nanomaterialien für Photonik
In Kombination mit Lichtwellenleitern ermöglichen 2D-Materialien mit herausragenden optischen Eigenschaften ganz neue Anwendungen im Bereich der Sensorik, der nichtlinearen Optik und der Quantenelektronik.