Thema: Atomare Transistoren - Uni Karlsruhe meldet Durchbruch

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Einzelatom-Transistor mit Silber anstatt mit Halbleiter

Wissenschaftler der Universität Karlsruhe haben einen Durchbruch in der Miniaturisierung von elektronischen Bauteilen angekündigt: Mit Hilfe eines einzigen Atoms könne einen Stromkreis geöffnet und geschlossen werden.
"Der Einzelatom-Transistor funktioniert durch die kontrollierte Umlagerung eines einzigen Silberatoms", erklärt Professor Dr. Thomas Schimmel. Er ist mit seiner Arbeitsgruppe am universitären DFG-Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) und am Forschungszentrum Karlsruhe beteiligt. Bei der Entwicklung sei ein weltweit neuer Ansatz realisiert worden, da nicht wie bei bisher gängigen Transistoren auf Halbleitermaterialien zurückgegriffen wurde.

Die Wissenschaftler beschreiben ihren atomaren Transistor wie folgt: Auf zwei Metallelektroden, zwischen denen eine winzige Lücke den Stromkreis unterbricht, wird so lange Silber abgeschieden, bis ein einzelnes Silberatom die beiden Pole verbindet und sich anschließend zum Öffnen und Schließen des Stromkreises "umklappen" lässt.

Wie bei einem konventionellen Transistor kann der Strom zwischen zwei Elektroden durch eine außen angelegte Steuerspannung ein- und ausgeschaltet werden. Der jeweilige Zustand wird über eine unabhängige dritte Elektrode kontrolliert. Schimmel sieht damit den atomaren Transistor - den die Forscher auch per WMV-Video erklären - als realisiert an.

"Unsere gesamte Computer- und Informationstechnologie beruht auf der einfachen Fähigkeit, einen Strom von A nach B durch eine unabhängige Steuerelektrode C schalten zu können", so Schimmel. Mit atomaren Transistoren ließe sich dem Forscher zufolge bereits mit einer Spannung von wenigen Millivolt schalten, was den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Transistoren auf Halbleiterbasis deutlich senken würde.

Entscheidend sei, dass sich zwischen der Elektronik in atomarer Größe und konventioneller Elektronik einfach Schnittstellen einrichten lassen, so Schimmel. Strom, der durch ein einzelnes Transistor-Atom fließt, könnte über einen konventionellen Operationsverstärker mühelos elektrische Geräte schalten. Auch wenn die Forscher von einem Meilenstein sprechen, ist der Weg zur kommerziell nutzbaren atomaren Elektronik noch lang.

Quelle : www.golem.de

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Zweidimensionaler Kohlenstoff als neuer Halbleiter

Ein neuartiges Material soll nach Meinung von britischen Wissenschaftlern die Nachfolge von Silizium als Halbleiter antreten. Die so genannten Graphen sind nahezu zweidimensionale Molekular-Gitter mit nur einer Schicht aus Elementarteilchen. Sie konnten nun erstmals als Transistor verwendet werden, der seine Ladung mit nur einem Elektron speichert.

Erst vor drei Jahren hatten die Forscher an der Universität von Manchester die ersten Graphen hergesellt. Dabei handelt es sich um Kohlenstoff-Verbindungen, die ein stabiles, zweidimensionales Gitter bilden, das nur die Dicke eines Atoms aufweist. In Anlehnung an das bekannte "Graphit" nannten die Wissenschaftler die Verbindung "Graphen", oder im englischen "Graphene".

Da Kohlenstoff ein exzellenter Leiter ist, war Graphen von Anfang an für den Bau von Nano-Elektronik interessant. Transistoren ließen sich daraus jedoch kaum bauen, da ein einzelnes in der Verbindung gefangenes Elektron seine Position viel zu schnell verließ - vergleichbar den Leckströmen bei Silizium-Transistoren. Einem Team um Professor Andre Geim in Manchester will dieses Problem nun gelöst haben: Das Graphen wurde in Streifen von einigen Nanometern Breite geschnitten. Daraus bauten sie Transistoren, die ihren Schaltzustand längere Zeit halten konnten, wie lange genau, gaben die Forscher noch nicht an. Die Schaltungen sollen jedoch bei Raumtemperatur zuverlässig gearbeitet haben.

Das Problem bei der Herstellung von komplexen Schaltungen aus Graphen ist, dass noch kein mechanisches oder chemisches Verfahren existiert, mit dem sich wenige Atome große Strukturen exakt konstruieren lassen. Professor Geims Team war beim Zerschneiden der Graphen-Ebenen in Streifen auf Versuch und Irrtum angewiesen: Manche Konstruktionen funktionierten, andere nicht.

Die Wissenschaftler rechnen auch frühestens für das Jahr 2025 mit den ersten Nano-Computern auf Kohlenstoffbasis. Bis dahin soll Silizium die Technik weiter dominieren - das deckt sich mit der Einschätzung von Intel-Mitbegründer Gordon Moore, der erstmals den Trend zur Verkleinerung bei Silizium-Halbleitern erkannte. Sein "Moore's Law" soll noch 20 Jahre gültig bleiben.

Der Schritt hin zu kleineren Strukturen ist jedoch unabwendbar, um noch mehr Funktionen integrieren zu können - schon heute sind einige der Strukturen eines kommerziellen Silizium-Transistors nur noch wenige Atomlagen dick. Graphen sind bei einer zehnmal kleineren Struktur als Silizium aber bereits stabil.

Quelle : www.golem.de

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Forschern der Yale University in den USA und dem Gwangju-Institut aus Südkorea ist es gelungen Transistoren zu entwickeln, die nur noch aus einem einzelnen Molekül bestehen.

Sie konnten zeigen, dass ein Benzol-Molekül, das über Gold-Kontakte mit einem Stromkreislauf verbunden ist, genau das gleiche Verhalten an den Tag legt, wie ein Transistor aus Silizium. Letztere sind millionenfach auf herkömmlichen Chips zu finden.

Abhängig von der anliegenden Spannung verfügt das Molekül über verschiedene Energiezustände. So kann der Durchfluss von Strom reguliert werden, teilten die Wissenschaftler mit. Zukünftig könnten so sehr kleine elektronische Schaltkreise gebaut werden.

Von praktischen Anwendungen ist die Technologie aber noch weit entfernt. Die Grundlagen legte Yale-Professor Harold Hodgkinson bereits in den 1990er Jahren, als er überhaupt erst einmal einzelne Moleküle mit elektrischen Kontakten verbinden konnte.

In der Zwischenzeit ging es seinen Angaben zufolge vor allem darum, Technologien zu entwickeln, mit denen man beobachten kann, was auf molekularer Ebene geschieht. Dies führte zu dem nun bekannt gegebenen Durchbruch.

Quelle : http://winfuture.de