Nano-Generator kann durch Wände „sehen“

Den weltweit kleinsten Generator für Terahertz-Wellen haben Forscher jetzt an der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) entwickelt. [...]

Neue Terahertz-Generatoren auf flexiblem Träger.
Neue Terahertz-Generatoren auf flexiblem Träger. (c) EPFL / POWERlab

Der Mini-Generator besteht aus zwei winzigen Metallplatten, die einen Abstand von lediglich 20 Nanometern haben. Wird eine Spannung angelegt, sammeln sich die Elektronen auf einer der beiden Platten. Im Zwischenraum erzeugen sie ein Plasma. Erreicht die Spannung einen bestimmten Wert, fließen die Elektronen blitzschnell zur zweiten Platte. Dabei werden intensive Terahertz-Wellen frei.

50 Millionen Funken pro Sekunde

Die Forscher vergleichen den Vorgang in ihrem Generator mit der Entstehung eines Funkens. Sie werden nahezu pausenlos gezündet – 50 Millionen Mal pro Sekunde. Das winzige Gerät arbeitet zehnmal schneller als bisher genutzte Elektronik, so die Forscher. Es erzeuge zudem gleichzeitig hochenergetische und hochfrequente Pulse.

„Normalerweise ist es unmöglich, beide Werte zu maximieren“, sagt Elison Matioli, der das Gerät gemeinsam mit seinem Doktoranden Mohammad Samizadeh Nikoo entwickelt hat. Konventionelle hochfrequente elektronische Bauteile seien winzig klein. Sie erzeugten elektromagnetische Wellen bei niedrigen Spannungen – höhere vertrügen sie nicht. Schaltungen, die hohe Spannungen aushalten, seien groß und langsam, sodass sie sich für die Erzeugung von Terahertz-Wellen nicht eigneten.

Bessere Diagnostik in Medizin

„Unser Gerät ist einfach zu bauen und kostet nicht viel“, sagt Samizadeh. Damit scheint das Grundproblem gelöst zu sein, das die breite Anwendung von Terahertz-Wellen heute verhindert. Die Generatoren sind sehr groß und äußerst teuer, sodass sie nur selten genutzt werden können, etwa in den Sicherheitsschleusen mancher Flughäfen.

Die Wellen, die eine Frequenz von 100 Milliarden und drei Billionen Hertz haben, sind nicht ionisierend wie etwa Röntgenstrahlen. Daher lassen sie sich im Gesundheitswesen gut einsetzen, etwa zur Diagnose von Krankheiten. Sie sind auch als Träger in der drahtlosen Kommunikation geeignet. Sie durchdringen mühelos Papier, Kleidung und Holz. Überdies eignen sie sich zum Aufspüren von Luftverunreinigungen und können sogar durch massive Mauern „sehen„.

Das Mini-Gerät der EPFL-Wissenschaftler ebnet den Weg für den Einsatz von Terahertz-Wellen. (c) EPFL / YouTube

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