Die TDK Corporation gab bekannt, dass sie den weltweit ersten „Spin-Fotodetektor“ entwickelt hat. Dabei handelt es sich um ein optisches Spin-Elektronen-Umwandlungselement, das optische, elektronische und magnetische Elemente integriert. Er kann mit einer ultrahohen Geschwindigkeit von 20 Pikosekunden (20×10⁻¹² Sekunden) reagieren und dabei Licht mit einer Wellenlänge von 800 Nanometern verwenden. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist mehr als zehnmal schneller als bei herkömmlichen Halbleiter-Fotodetektoren.
Es wird erwartet, dass das neue Gerät ein wichtiger Treiber für die photoelektrische Umwandlungstechnologie sein wird, die die Datenübertragungs- und Datenverarbeitungsgeschwindigkeiten erhöht, insbesondere in Anwendungen der künstlichen Intelligenz, und gleichzeitig den Stromverbrauch senkt.
Mit der Entwicklung der künstlichen Intelligenz ist es unumgänglich, große Datenmengen mit höheren Geschwindigkeiten und geringerem Stromverbrauch zu übertragen. Um Daten zu verarbeiten und Berechnungen durchzuführen, werden Daten derzeit über elektrische Signale zwischen CPU-/GPU-Chips und zwischen Speichern übertragen. Daher besteht ein wachsender Bedarf an optischer Kommunikation und optischen Verbindungen, die Hochgeschwindigkeitsübertragungsgeschwindigkeiten bieten können, die sich mit zunehmender Verbindungsentfernung nicht verschlechtern. Auch die photoelektrische Umwandlungstechnologie, eine kompakte Verschmelzung optischer und elektronischer Komponenten, erregt weltweite Aufmerksamkeit.
Um diesen Herausforderungen zu begegnen, wendet TDK seine MTJ-Technologie (Magnetic Tunnel Junction) an, die mittlerweile in Milliarden von Festplattenköpfen zum Einsatz kommt, auf die Photonik. Einer der Hauptvorteile dieser Technologie besteht darin, dass für das Kristallwachstum kein Einkristallsubstrat verwendet werden muss und die Bildung von Bauelementen nicht durch das Substratmaterial eingeschränkt ist. Im Gegensatz dazu weisen herkömmliche halbleiterbasierte Fotodetektoren bei kürzeren Wellenlängen physikalische Einschränkungen auf. Da der Spin-Photodetektor nach einem völlig anderen Prinzip arbeitet und das Phänomen der Elektronenerwärmung ausnutzt, kann er auch bei verkürzten Wellenlängen mit ultrahohen Geschwindigkeiten arbeiten. Darüber hinaus verfügt es über einen breiten Betriebswellenlängenbereich und arbeitet nachweislich im sichtbaren bis nahen Infrarotbereich. TDK hat gemeinsam mit der Nihon University, einem Forschungspionier auf dem Gebiet der Messung ultraschneller Phänomene in magnetischen Materialien, erfolgreich einen Spin-Fotodetektor demonstriert.
Darüber hinaus werden Spin-Fotodetektoren aufgrund ihrer Fähigkeit, sichtbares Licht bei hohen Geschwindigkeiten zu erkennen, in Anwendungen nützlich sein, von denen erwartet wird, dass sie in Zukunft zunehmen, wie z. B. AR/VR-Datenbrillen und Hochgeschwindigkeits-Bildsensoren. Herkömmliche Halbleiter-Lichtsensorgeräte weisen eine geringe Beständigkeit gegenüber kosmischer Strahlung auf, während MTJ-Komponenten für ihre starke Beständigkeit gegenüber kosmischer Strahlung bekannt sind und voraussichtlich als Lichterkennungselemente in Luft- und Raumfahrtanwendungen eingesetzt werden. Auf der Grundlage dieser Errungenschaften wird TDK auch in Zukunft die optischen Hochgeschwindigkeitserkennungskomponenten weiter verbessern und ihre Praktikabilität weiter maximieren.