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12 www markttechnik de Nr 23 2020 Fokus|Industriekommunikation Gemeinsam mit Forschern aus Dresden Köln und Shanghai hat der Physiker diese Verbindung untersucht Cadmiumarsenid Cd3 As2 gehört zur Gruppe der sogenannten dreidimensionalen Dirac-Materialien In diesen können die Elektronen sehr schnell und effizient sowohl miteinander als auch mit schnell schwingenden elektrischen Wechselfeldern interagieren »Besonders interessiert hat uns ob Cadmiumarsenid auch Terahertz-Strahlung bei höheren Frequenzen aussendet« erläutert TELBE-Beamline-Wissenschaftler Sergey Kovalev »Dies haben wir bereits sehr erfolgreich im Graphen beobachtet einem zweidimensionalen Dirac-Material « Die Forscher vermuteten dass die dreidimensionale elektronische Struktur von Cadmiumarsenid hilft eine hohe Effizienz bei dieser Umwandlung zu erreichen Um dies zu prüfen fertigten die Forscher mit einem Spezialverfahren hauchdünne und hochreine Plättchen aus Cadmiumarsenid Diese Materialproben beschossen sie mit starken Terahertz-Pulsen aus der TELBE-Anlage Detektoren hinter der Rückseite des Plättchens erfassten wie das Cadmiumarsenid auf die Strahlungspulse reagierte Das Resultat »Wir konnten zeigen dass Cadmiumarsenid als sehr effizienter Frequenz-Vervielfacher fungiert und diese Effizienz vor allem auch bei den sehr starken Terahertz-Pulsen die bei TELBE erzeugt werden können nicht verliert« berichtet der ehemalige HZDR-Forscher Zhe Wang der mittlerweile an der Universität Köln arbeitet Mit dem Experiment gelang eine Premiere Erstmals zeigte sich das Phänomen der Terahertz-Frequenzvervielfachung bis zur siebten Harmonischen bei dieser noch jungen Materialklasse Elektronen nicht ganz im Takt Neben dem experimentellen Nachweis lieferte das Team außerdem zusammen mit Forschern des Max-Planck-Instituts für Physik komplexer Systeme eine detaillierte theoretische Beschreibung des Geschehens Die Terahertz-Pulse die auf das Cadmiumarsenid treffen bringen ein starkes elektrisches Feld mit sich »Dieses Feld beschleunigt die freien Elektronen im Material« beschreibt Deinert »Als würde man eine Platte sehr schnell hin und her kippen und dadurch eine riesige Zahl kleiner Stahlkugeln ins Rollen bringen die auf der Platte liegen « Die Elektronen im Cadmiumarsenid antworten auf die Beschleunigung indem sie elektromagnetische Strahlung abgeben Das Entscheidende Dabei folgen sie nicht exakt dem Taktstock des Terahertz-Feldes sondern schwingen auf komplizierteren Bahnen eine Folge der ungewöhnlichen elektronischen Struktur des Materials Deswegen senden die Elektronen neue Terahertz-Pulse mit ungeraden ganzzahligen Vielfachen der ursprünglichen Frequenz ab Für die Welt nach 5G Perspektivisch verspricht das Phänomen zahlreiche Anwendungen etwa in der drahtlosen Kommunikation Hier geht der Trend zu immer höheren Funkfrequenzen Auf denen lassen sich deutlich mehr Daten übermitteln als auf den heute verwendeten Kanälen Bauteile aus Dirac-Materialien könnten eines Tages noch höhere Frequenzen nutzen und damit noch mehr Bandbreite als 5G ermöglichen Auch für den Computer der Zukunft scheint die neue Materialklasse interessant Bauelemente auf Dirac-Basis könnten im Prinzip höhere Taktraten ermöglichen als die heutigen siliziumbasierten Technologien Doch zunächst gilt es die Grundlagen weiter zu erkunden »Unser Forschungsergebnis war nur der erste Schritt« betont Zhe Wang »Bevor wir an konkrete Anwendungen denken können müssen wir die Effizienz der neuen Materialien noch steigern « Dazu wollen die Fachleute herausfinden inwieweit sich die Frequenzvervielfachung durch Anlegen eines Stroms gezielt steuern lässt za ■ Sensoren und Aktoren mit der Cloud verbinden IIoT-Retrofit leicht gemacht Als Datendrehscheibe im IIoT kann jetzt das IoT-Terminal von Weidmüller fungieren Es erfasst Daten überträgt sie an Cloud Services und ermöglicht aktive datengesteuerte Interaktionen Geeignet ist es auch für das IIoT-Retrofit bestehender Maschinen und Anlagen Im IIoT sind alle Komponenten einer Produktionsumgebung über eine digitale Infrastruktur miteinander verbunden und werden so selbst zu Akteuren Fünf Kernfunktionen sind die Grundlage für digitale datenbasierte IoT-Lösungen Datenerfassung -verarbeitung -kommunikation und -analyse sowie die Bedienerinteraktion Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten Nutzen zu schaffen etwa die Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität OEE oder die automatisierte Erstellung von Energieverbrauchs-Berichten zur Steuerung der Anlagen Bis heute werden Daten in vielen Unternehmen zwar erfasst und gespeichert aber noch nicht zielführend weiterverwendet Für die Digitalisierung und die intelligente Vernetzung vom Sensor bis in die Cloud bietet Weidmüller ein umfangreiches Produktsortiment an Neu in diesem Portfolio ist das IoTTerminal eine offene sichere und schnell inDas IoT-Terminal eignet sich besonders zur Fehlererfassung und Übertragung konfigurierter Fehlermeldungen an einen Cloud-Service