A Revolution in Optomechanical Materials Enables Manufacturing of Monolithic Components

The application of light for information processing opens up a multitude of possibilities. However, to be able to adequately use photons in circuits and sensors, materials need to have particular optical and mechanical properties. Researchers at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) have now for the first time used polycrystalline diamond to manufacture optical circuits and have published their results online in Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms2710 ).

Materialrevolution in der Optomechanik ermöglicht Bauteile aus einem Guss

Der Einsatz von Licht zur Informationsverarbeitung öffnet viele Möglichkeiten. Um die Photonen des Lichts jedoch gezielt in Schaltkreisen und Sensoren einzusetzen, werden Materialien benötigt, die die richtigen optischen und mechanischen Eigenschaften mitbringen. Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben nun erstmals polykristallinen Diamant für einen optischen Schaltkreis eingesetzt und ihre Ergebnisse bei Nature Communications online veröffentlicht. (DOI: 10.1038/ncomms2710)

CFN Spin-off Nanoscribe Presents its Advancements at the Leading International Fair for Photonics in San Francisco

The new laser lithography method makes it possible to increase printing speed a hundredfold. For example, the writing time for the pictured miniature ships was reduced from hours to minutes.

CFN-Ausgründung Nanoscribe präsentiert Weiterentwicklung auf der Photonik-Leitmesse in San Francisco

Ein neues laserlithografisches Verfahren ermöglichte es, die Druckgeschwindigkeit fast hundertfach zu erhöhen. So reduziert sich die Schreibdauer für das abgebildete Miniaturschiff  beispielsweise von Stunden auf Minuten.

Development of Multicolor LEDs without Heavy Metals

Silicon nanocrystals have a size of a few nanometers and possess a high luminous potential. Scientists of KIT and the University of Toronto/Canada have now succeeded in manufacturing silicon-based light-emitting diodes (SiLEDs). They are free of heavy metals and can emit light in various colors. The team of chemists, materials researchers, nanoscientists, and opto-electronic experts presents its development in the “Nano Letters” journal. (DOI: 10.1021/nl3038689)

Entwicklung farblich durchstimmbarer LEDs ohne Schwermetalle

Sie sind wenige Nanometer klein und besitzen großes Leuchtpotenzial: Nanokristalle aus Silizium. Einem interdisziplinären Team von Wissenschaftlern des KIT und der Universität Toronto/Kanada ist es nun gelungen, siliziumbasierte Leuchtdioden (SiLEDs) herzustellen. Sie sind schwermetallfrei und können Licht in verschiedenen Farben emittieren. In der Fachzeitschrift „Nano Letters“ stellt das Team aus Chemikern, Material- und Nanowissenschaftlern sowie Experten der Optoelektronik nun seine Entwicklung erstmals vor. (DOI: 10.1021/nl3038689)

Researchers from KIT’s Center for Functional Nanostructures and from Rice University, USA, have succeeded in introducing nanometer-sized tunnels into graphite through self-organized processes. Such nanoporous materials are of interest to medicine and battery technology. The results are available online on the platform of Nature Communications (DOI: 10.1038/ncomms2399) .

Forschern des Centrums für Funktionelle Nanostruktur am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der US-amerikanischen Rice University ist es gelungen, mit Hilfe selbstorganisierter Prozesse, Grafit mit nanometerkleinen Tunneln gezielt zu durchziehen. Das so strukturierte nanoporöse Material ist für die Medizin- oder Batterietechnik von Interesse. Im Fachportal nature communications stehen die Ergebnisse nun online zur Verfügung. (DOI: 10.1038/ncomms2399 ).

Emmy Noether Research Group Leader Dr. Wolfram Pernice Achieves Breakthrough in Building an Efficient Single-photon Detector

Physicist Dr. Wolfram Pernice, in cooperation with colleagues at Yale University, Boston University, and Moscow State Pedagogical University, achieved the decisive breakthrough by integrating single-photon detectors with nanophotonic chips. The detector combines near-unity detection efficiency with high timing resolution and has a very low error rate.

Dr. Wolfram Pernice erzielt Durchbruch bei der Herstellung eines effektiven Einzel-photonendetektors

In Zusammenarbeit mit Kollegen der Universitäten Yale, Boston und Moscow State Pedagogical erreichte Pernice in einem CFN-Projekt nun den entscheidenden Durchbruch mit einem direkt in den Chip integrierten Einzelphotonendetektor. Der Detektor schafft gleichzeitig höchste Wiedergabetreue sowie Auswertungsge-schwindigkeit und weist eine sehr geringe Fehlerquote auf.

Density Functional Theory (DFT) for Open-Shell Molecules: Spin Calculations
The review paper on the consideration of spin in density functional theory (DFT), published by the scientists Dr. Christoph Jacob from the Center for Functional Nanostructures (CFN) of Karlsruhe Institute of Technology and Professor Markus Reiher from ETH Zurich, functions to close a major knowledge gap in theoretical chemistry.

Dichtefunktionaltheorie (DFT) für offenschalige Moleküle: Spin-Berechnungen
Mit ihrem Grundlagenpapier über die Berücksichtigung des Spins in der Dichtefunktionaltheorie (DFT) schließen die Wissenschaftler Dr. Christoph Jacob vom Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) am Karlsruher Institut für Technologie und Professor Markus Reiher von der ETH Zürich eine elementare Wissenslücke in der theoretischen Chemie.

By means of Josephson junctions, researchers of the CFN measured the oscillations of individual atoms “tunneling” between two positions. This means that the atoms oscillated quantum mechanically. Deformation of the specimen even changed the frequency. These findings will enable scientists to research more appropriate how to use qubits for nanoelectronic components. The findings are reported in Science Magazine: DOI: 10.1126/science.1226487 

Mit Hilfe von Josephson-Kontakten gelang es Forschern des CFN die Schwingungen einzelner Atome auszumessen, mit denen diese zwischen zwei Positionen „tunnelten“, also quantenmechanisch oszillierten. In dem sie die Probe verformten, konnten sie sogar deren Frequenz beeinflussen. Ihre Ergebnisse ermöglichen künftig die bessere Erforschung von Materialien für nanoelektrische Bauteile. Die Ergebnisse wurden nun im Fachmagazin Science veröffentlicht: DOI: 10.1126/science.1226487.

By means of a new method co-developed by a group of KIT researchers headed by Professor Martin Wegener (SPRIE – Sequential Passivation and Reactive Ion Etching), a regularly microstructured photonic 3D crystal can be produced within a few minutes. This method combines tested with innovative fabrication processes, such as etching and self-organization.

Ein in Karlsruhe von der Forschungsgruppe um Professor Martin Wegener mitentwickeltes neues Verfahren (SPRIE - Sequential Passivation and Reactive Ion Etching) ermöglicht es, innerhalb von wenigen Minuten einen regelmäßig mikrostrukturierten photonischen 3-D-Kristall zu erzeugen. Kreativ werden bewährte und innovative Fertigungsverfahren wie Ätzen und Selbstorganisation kombiniert.

A team of KIT researchers directed by Professor Christian Koos has succeeded in developing an effective optical connection between optical semiconductor chips. While the development of high-performance optical emitters and receivers integrated on microchips has already reached a high level, there had been no satisfactory solution to their connection. The prototype of the photonic wire bonds reached very small losses and a very high transmission bandwidth in the range of infrared telecommunication wavelengths.

Einem Team von KIT-Forschern um Professor Christian Koos ist es gelungen, eine effektiven Verbindung zwischen optischen Halbleiterchips zu entwickeln. Während optische Sender und Empfänger für Mikrochips bereits hoch entwickelt sind, gab es für ihre Schnittstelle bisher noch keine zufriedenstellende Lösung. Der Prototyp weist äußerst geringe Übertragungsverluste im Bereich der infraroten Telekommunikationswellen auf und verfügt über eine große Übertragungsbandbreite.

Storage of spin crossover molecules created
at the CFN
Researchers of the CFN in Karlsruhe together with scientists of Strasbourg and Japan have now developed a magnetic memory with one bit per molecule. By an electric pulse, the metal-organic molecule can be switched reliably between a conductive, magnetic state and a low-conductive, non-magnetic state. This novel correlation for molecules is now reported in the jounal:
'Nature Communications'
doi 10.1038/ncomms1940 (2012)

Speicher aus Spin- Crossover-Molekülen
am CFN realisiert
Forscher des CFN aus Karls- ruhe sowie aus Straßburg und Chiba (Japan) haben einen Speicher entwickelt, in dem ein einzelnes Molekül einen Bit trägt. Mittels eines Stromimpulses lässt sich das metallorganische Molekül zuverlässig zwischen leiten- dem, magnetischem und kaumleitendem, unmagneti- schem Zustand umschalten. Veröffentlicht sind die Ergebnisse im Fachmagazin Nature Communications:
doi 10.1038/ncomms1940 (2012)

The CFN congratulates Thomas Paulöhrl on the 2012 Lanxess Talent Award. With this new award Lanxess, a speciality chemicals group, honors young scientists for excellent work in the early phase of their academic career. For his Ph. D. thesis, Paulöhrl generated various surface structures and three-dimensional frameworks by means of light-induced click strategies. In this way, material can be modified efficiently and with nanometer precision.

Das CFN gratuliert Thomas Paulöhrl zum Lanxess Talent Award 2012: Mit dem neu gestifteten Preis des Spezialchemie-Konzerns Lanxess werden Nachwuchs-wissenschaftler für heraus-ragende Arbeit in einer frühen Phase ihrer akade-mischen Laufbahn gewürdigt. Paulöhrl erzeugte für seine Doktorarbeit unterschiedliche Oberflächenstrukturen und dreidimensionale Gerüste mithilfe lichtinduzierter Klick-Strategien. Hiermit kann Material effizient und nanometergenau modifiziert werden.