Der Europäische Forschungsrat (ERC) fördert das Forschungsprojekt Athems der Professoren Christian Koos und Stefan Bräse vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit einem Synergy Grant. Ziel ist es, optische Kommunikationssysteme leistungsfähiger und energieeffizienter zu machen. Wie die Forschenden betonen, ist dies besonders angesichts steigender Anforderungen an die Übertragung großer Datenmengen durch Anwendungen mit künstlicher Intelligenz (KI) relevant. Der ERC fördert das Projekt für sechs Jahre mit insgesamt 14Mio.€. Das Projekt wird unter anderem am Karlsruhe Center for Optics and Photonics (KCOP) durchgeführt, das 2025 eröffnet wird.
In Athens werden neue Materialsysteme und Bauteile für die Umwandlung elektronischer in optische Signale untersucht. „Unser Ziel ist es, Transceiver nicht nur leistungsfähiger zu machen, sondern auch effizienter, um höhere Datenübertragungsraten mit dem gleichen oder sogar einem geringeren Energieverbrauch als bisher zu ermöglichen“, erklärt Professor Christian Koos vom Institut für Photonik und Quantenelektronik und vom Institut für Mikrostrukturtechnik des KIT.
Kombination von Silizium mit anderen Materialien
Das vierköpfige Projektteam, zu dem neben Koos Professor Stefan Bräse vom Institut für Organische Chemie und dem Institut für Biologische und Chemische Systeme des KIT, Professor Carsten Ronning von der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Professor Tobias Kippenberg von der École Polytechnique Fédérale de Lausanne gehören, verfolgt einen hybriden Ansatz: Die Forschenden kombinieren Silizium mit anderen Stoffen. „Silizium-Bauteile sind kostengünstig und in großen Stückzahlen verfügbar, aber in ihren optischen Eigenschaften eingeschränkt. Wir verbinden Silizium mit weiteren Materialsystemen, um dieses Defizit auszugleichen und die Vorteile von Silizium weiter zu nutzen“, so Koos. Zum einen testet das Team den Einsatz organischer Materialien, also kohlenstoffbasierter Verbindungen. „Wir können diese Moleküle zunächst im Computer simulieren, bevor wir die Stoffe dann mit den gewünschten Eigenschaften synthetisch im Labor herstellen und sie dann auf Silizium-Wafer drucken“, erläutert Bräse. Eine zweite Methode ist die Kombination siliziumphotonischer Chips mit anderen Chips. Dabei spielen zusätzliche Materialplattformen eine Rolle, etwa sogenannte Crystal-On-Insulator-Plattformen, mit denen eine dünne, einkristalline Schicht eines Materials auf ein isolierendes Trägersubstrat übertragen und dort zu optischen Bauteilen weiterverarbeitet wird.
Nutzen auch für Quantentechnologie und Medizintechnik
Hybride Materialsysteme für Transceiver könnten nicht nur in KI-Modellen, so die Forschenden, sondern auch im Bereich der Quantentechnologie und in der Medizintechnik Anwendung finden, etwa in Sensoren für tragbare Geräte oder in optischen Lab-on-Chip-Anwendungen zur Blutwertanalyse.
