NEPOMUQ: Entwicklung integrierter optoelektronischer Modulatoren auf Basis nichtlinearer optischer Perowskite

AMO GmbH und die Bergische Universität Wuppertal starten das Forschungsprojekt NEPOMUQ (kurz für: Neue Perowskit-Materialien für integrierte optoelektronische Modulatoren in Quantensystemen). In den kommenden drei Jahren sollen neuartige Perowskit-Materialien mit starken nichtlinearen optischen Eigenschaften erforscht werden. Ziel ist die Realisierung integrierter optoelektronischer Modulatoren, die als Schlüsselkomponenten für eine Vielzahl optischer und photonischer Anwendungen dienen.  

Das Aufkommen der Mikroelektronik in den frühen 1970er Jahren markierte den Beginn eines Paradigmenwechsels, der bis heute nahezu alle Aspekte unseres täglichen Lebens tiefgreifend beeinflusst. Eine vergleichbare Revolution könnten künftig photonische Schaltkreise bewirken, bei denen Lichtteilchen, sogenannte Photonen, anstelle von Elektronen als Informationsträger dienen. Die Kombination elektronischer und photonischer Schaltkreise auf einem Mikrochip (integrierte Optoelektronik) bietet das Potenzial für Funktionalitäten, die in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz alles bisher Bekannte übertreffen könnten. Neben der Informations- und Kommunikationstechnik finden sich vielfältige Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sensorik bis hin zu den sogenannten Quantentechnologien.   

Während in der Mikroelektronik Transistoren als Schalter für elektrischen Strom genutzt werden, benötigt man zum Schalten von Licht sogenannte Modulatoren. Bislang fehlen jedoch Modulatoren, die direkt in verlustarme photonische Wellenleiter zusammen mit elektronischen Schaltkreisen integriert werden können. Das Projekt NEPOMUQ zielt darauf ab, diese Lücke durch die Erforschung neuartiger, optisch nichtlinearer Perowskit-Materialien zu schließen, die sich bei niedrigen Temperaturen aus flüssiger Phase herstellen lassen.   

„Die in NEPOMUQ angestrebten integrierten optischen Modulatoren werden es ermöglichen, die Lichtlenkung auf photonischen Chips mit elektrischen Signalen dynamisch zu steuern – und das bei vernachlässigbarem Stromverbrauch“, erklärt Dr. Stephan Suckow, Leiter der Forschungsgruppe Nanophotonik bei der AMO GmbH und Koordinator des Projekts NEPOMUQ. Diese Innovation könnte den Weg für völlig neue Designparadigmen in der integrierten Photonik ebnen. Mögliche Anwendungen sind ultraschnelle Kommunikationssysteme, Laserdisplays und fortschrittliche optische Sensoren. Darüber hinaus hat die im Rahmen von NEPOMUQ entwickelte Technologie das Potenzial, das ionenbasierte Quantencomputing zu revolutionieren, indem photonische Chips geschaffen werden, die Hunderte oder sogar Tausende von Ionen einschließen und manipulieren können.   

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 2 Millionen Euro über drei Jahre gefördert. Beteiligt sind die Forschungsgruppen von Dr. Stephan Suckow und Dr. Maryam Mohammadi an der AMO GmbH sowie die Gruppen von Prof. Thomas Riedl, Prof. Patrick Görrn und Prof. Ullrich Scherf an der Bergischen Universität Wuppertal. Die komplementäre Expertise und Infrastruktur der beiden Partnerinstitutionen ist ein zentraler Erfolgsfaktor des Projekts. Die Herausforderung besteht darin, zu zeigen, dass die nichtlinearen optischen Eigenschaften, die die neuartigen Perowskite im Einkristall zeigen, auch in dünnen Schichten mit polykristalliner Struktur erhalten bleiben und dass diese dünnen Schichten zur Herstellung neuartiger elektrooptischer Bauelemente genutzt werden können. 

Erste Unternehmen aus dem Bereich der Quantencomputer signalisieren bereits großes Interesse an anwendungsorientierten Nachfolgeprojekten. Auch Firmen aus der Kommunikationstechnik begleiten die Arbeiten in NEPOMUQ und sehen Verwertungsperspektiven für die Forschungsergebnisse.   

Das Projekt NEPOMUQ wird unter dem Förderkennzeichen 13N17112 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt.