Rechnen mit Atomen?
Computer aus dem Chemielabor
von Dirk Ternes
Technologien, die vielleicht nie den Ladentisch erreichen, Produkte, die kein Mensch braucht und Zukunftstechnologien,
die vielleicht bald alltäglich werden? FirstSurf stellt Ihnen die Techno-Trends vor. Kleiner, schneller, billiger: so lautet das Gesetz in der Computerindustrie. Schon heutzutage bringen Halbleiterhersteller rund 28 Millionen Transistoren auf nur einem Chip unter und stoßen dabei immer näher an die Grenzen dessen vor, was in der Nanotechnologie möglich ist.
Auf 180 Nanometer sind die Transistoren in ihren Abmessungen geschrumpft. Zum Vergleich: würde man einen derartigen Transistor auf die Größe einer Erbse vergrößern und machte mit der Hülsenfrucht das gleiche, so hätte sie einen Durchmesser von zig Kilometern. Der Haken an der Miniaturisierung: je kleiner die Bauteile sind, desto teurer sind sie in der Herstellung und desto größer ist der Ausschuss bei Produktion. Und ab einer Grenze von etwa 50 Nanometern verhalten sich elektronische Bauteile nicht mehr nach den Regeln der klassischen Physik, sondern sind den Zufälligkeiten der Quantenphysik ausgeliefert.
Diese potenzielle Hürde wollen eine Reihe von Wissenschaftler direkt mit einem Quantensprung nehmen. Molecular Computing nennt sich ihr Treiben, das mehr mit Chemie zu tun hat als klassischer Halbleiterfertigung. Sie wollen einzelne Moleküle einsetzen, um Abläufe in Halbleiterchips und elektrischen Bauteilen abzubilden.
Atomare Magnetspeicher?
Auf dem Weg zu atomaren Speicherbausteinen ist Wissenschaftlern der Universität Hamburg und des Forschungszentrums Jülich ein wichtiger Durchbruch gelungen. In der angesehenen Wissenschaftszeitschrift "Science" berichteten die Grundlagenforscher Anfang Juni, dass es ihnen gelungen ist, mit Hilfe eines Mikroskopieverfahrens an einzelnen Atomlagen die magnetische Ausrichtung der einzelnen Atome abzubilden. Damit konnten erstmals auch die magnetischen Eigenschaften von Atomen sichtbar gemacht werden.
Bis zur Entwicklung anwendungsreifer Produkte ist es noch ein sehr weiter Weg, doch glauben die Wissenschaftler, dass es irgendwann einmal möglich sein werde, die magnetische Ausrichtung gezielt zu verändern. Dies wäre der Weg zu magnetischen Speichermedien frei, die die Kapazitäten heutiger Speicher millionenfach übertreffen.
Dazu basteln sie fleißig an Grundkomponenten, die irgendwann mal später funktionsfähige Gerätebauteile ergeben könnten. Charles Lieber von der amerikanischen Harvard Universität reiht Moleküle auf Kohlenstoffbasis zu winzigen Röhren aneinander, die beispielsweise als Kabel dienen könnten; die IBM Research hat aus einer einzelnen Nanoröhre einen Transistor gebaut und Marc Reed, Forscher an der Yale Universität, entwickelt molekulare Schalter und Memorybausteine.
Molecular Computing ist im Grunde ganz einfach: man dippt beispielsweise eine Waferplatte in eine geheimnisvolle Flüssigkeit – und fertig, schildert Mark Reed, Leiter des Departments für Elektrotechnik
an der Yale University sein Verfahren im Magazin Techreview. Der Haken: Man muss nicht nur Moleküle mit exakt den richtigen elektrochemischen Eigenschaften finden. Man muss auch den richtigen Cocktail anmixen, damit die Einzelteile zusammen kommen, sonst schwimmen in der einen Brühe die
Kabel und in der anderen Schalter. Die Fähigkeit zur self assembly, dem selbsttätige Zusammenfügen ist gefragt in Größendimensionen, in denen kein Schraubenzieher mehr weiterhilft.
Von der Umschiffung derartiger Klippen sind die Grundlagenforscher noch viele Meilen entfernt, weshalb
ihnen die Skeptiker auch vorwerfen, die Bodenhaftung verloren zu haben und die technischen Begrenzungen nicht mehr zu sehen. Dies ficht Visionäre wie Reed nicht an. Er hat schon mal vorsorglich zusammen mit Chemikern der Pennsylvania State University ein Start-Up- Unternehmen gegründet. Molecular Electronics, so der Name der Firma, hat eigentlich schon fast alles, nur kein Produkt. James
M. Tour, Chemiker an der Rice University und Mitgründer des Unternehmens hält es jedoch nicht für unrealistisch, in ein paar Jahren ein funktionsfähiges System zu haben.
Ein anderes, etwas bekannteres Unternehmen, Hewlett Packard stellte gemeinsam mit Wissenschaftlern der University of California (UCLA) in der Zeitschrift Science Moleküle vor, die in der Lage sind, als Schalter und Memory-Bausteine zu fungieren. R. Stanley Williams, Forschungsleiter bei HP, hofft, innerhalb der nächsten 18 Monate einen logischen Schaltkreis bauen zu können. "Wir haben die Schalter und die Kabel – die Komponenten, um Nanoschaltkreise Wirklichkeit werden zu lassen", sagt er. Doch auch er glaubt nicht, in den nächsten zehn Jahren auch nur einen einfachen Computer aus Molekülen bauen zu können.
Quelle:
www.innovation-aktuell.de
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