Schalter aus einem Molekül
Atomarer Transistor entwickelt

Statt aus herkömmlichen Silizium-Halbleitern könnte der Computer der Zukunft aus Silberatomen bestehen. Forscher haben den ersten Schalter entwickelt, der aus einem einzelnen Atom besteht.

hiz DÜSSELDORF. Wissenschaftler der Universität Karlsruhe haben den weltweit ersten atomaren Transistor entwickelt. Damit sind die Forscher in der Lage, einen Stromkreis mit Hilfe eines einzigen Atoms zu öffnen und zu schließen. "Der Einzelatom- Transistor funktioniert durch die kontrollierte Umlagerung eines einzigen Silberatoms", erklärt Professor Dr. Thomas Schimmel, Leiter der Arbeitsgruppe am Karlsruher Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) der DFG.

Ein Transistor ist ein elektronisches Bauelement zum Schalten und Verstärken elektrischer Ströme und Spannungen. Im Gegensatz zu einem einfachen Schalter wird der Transistor durch eine extern angelegte, unabhängige Steuerspannung bedient. Die bisher gängigen Transistoren bestehen aus Halbleitermaterialien. Dabei werden auch diese Bauteile in den integrierten Schaltkreisen immer kleiner. Inzwischen gibt es einzelne Strukturen, die zwischen 70 und 100 Nanometer groß sind. Allerdings sind der herkömmlichen Technik, die auf Silizium-Halbleitern basiert, Grenzen gesetzt.

Der Ansatz bei dem molekularen Schalter ist gänzlich anders: Auf zwei Metallelektroden, zwischen denen eine winzige Lücke den Stromkreis unterbricht, wird so lange Silber abgeschieden, bis ein einzelnes Silberatom die beiden Pole verbindet. Dadurch wird der Stromkreis geschlossen und Strom fließt. "Dieses Atom lassen wir hin- und herklappen, sodass der Stromkreis entweder geöffnet oder geschlossen ist", erklärt Prof. Schimmel. Der Zustand des "klappbaren Atoms" wird über eine unabhängige dritte Elektrode kontrolliert. Wie bei einem konventionellen Transistor kann so der Strom zwischen zwei Elektroden durch eine außen angelegte Steuerspannung ein- und ausgeschaltet werden.

Die Perspektiven für den Einzelatom-Transistor schätzen die Wissenschaftler als spannend ein. Die gesamte Computer- und Informationstechnologie beruht auf der einfachen Fähigkeit, einen Strom von A nach B durch eine unabhängige Steuerelektrode C schalten zu können. "Da das Brücken-Atom das einzige bewegliche Teil des Einzelatom-Transistors ist, könnte er im Vergleich zu herkömmlichen Technologien prinzipiell auch bei extrem hohen Frequenzen arbeiten“, betont Schimmel. Darüber hinaus lassen sich atomare Transistoren nach der Überzeugung der Forscher bereits mit einer Spannung von wenigen Millivolt schalten, was den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Transistoren auf Halbleiterbasis deutlich senken würde.

Ein weiter wichtiger Punkt ist die Verbindung der atomaren Schalter mit der konventionellen Elektronik. Nach Aussagen von Prof. Schimmel kann der Strom, der durch ein einzelnes Transistor-Atom fließt, über einfache Operationsverstärker für den Anschluss an herkömmliche Elektronik angepasst werden.

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