Nieuwe moleculaire bouwstenen voor elektro-optische schakelingen breken ‘magische grens’

Lineaire moleculen waarin elektronen kunnen overspringen tussen een benzeen- en een thiofeenring, kunnen een elektrisch signaal omzetten in een optisch signaal dat vijftig procent sterker is dan tot nu toer was gelukt. Dat schrijven Leuvense, Chinese en Amerikaanse onderzoekers in Optics Letters van 1 januari.

De onderzoekers hopen dergelijke moleculen te kunnen verwerken in elektro-optische modulatoren, die de brug slaan tussen elektronica en glasvezelkabel. De efficiëntie van dergelijke modulatoren is altijd een beperkende factor geweest voor de snelheid van internet. Mogelijk zijn de nieuw gevonden moleculen bruikbaar als modulator zonder dat het elektrische signaal eerst hoeft te worden versterkt.

Bekend was al dat de lichtopbrengst van moleculen gebonden is aan een theoretisch maximum, dat samenhangt met quantummechanische effecten. De hoogte van het maximum is in 2000 bepaald door Mark Kuzyk (Washington State University). Daarbij werd tevens duidelijk dat alle bekende materialen er minstens een factor 30 beneden bleven. Voor dit zogeheten ‘Kuzyk Gap’ heeft niemand ooit een fundamentele reden kunnen geven, en vermoed wordt dat die er ook helemaal niet is.

Vorig jaar verbleef Kuzyk enige tijd als gastdocent in Leuven. Hij deed toen suggesties voor molecuulstructuren die misschien het lichtgevoeligheidsrecord zouden kunnen breken. Zijn Vlaamse collega’s Javier Perez-Moreno en Koen Clays realiseerden zich vervolgens dat de Chinese organicus Yuxia Zhao al iets in die richting had gesynthetiseerd.

Experimenten hebben nu aangetoond dat de ‘intrinsieke hyperpolariseerbaarheid’ van enkele van die moleculen inderdaad recordwaarden bereikt. In het beste geval zitten ze nog maar een factor 20 van Kuzyks maximum af.

In een persbericht durft de K.U. Leuven nu al een versnelling van het informatietransport met een factor 37.500 te voorspellen, vergeleken met een klassieke asdl-lijn. Die waarde is gebaseerd op een capaciteit van 4 megabit per seconde voor asdl, terwijl uit eerder onderzoek bekend is dat organische moleculen 150 gigabit/s kunnen bijhouden.

bron: K.U. Leuven