Moleküle als Speicher

PC-Technik der Zukunft

Trotz gigantischer CPU-Performance: Die Zeit der silikon-basierten CMOS-Technologie nähert sich dem Ende. Laut IBM-Forschern sind in etwa zehn Jahren die physikalischen Grenzen mit 10 Nanometer kleinen Elementen erreicht. Dass dieses Limit der Schaltkreis-Miniaturisierung schon zu überwinden ist, hat jüngst ein Forscherteam um Heike Riel und Emanuel Lörtscher am IBM-Forschungslabor Zürich bewiesen. Ihnen ist es gelungen, ein einzelnes Molekül als Datenspeicher zu verwenden.

Das Molekül in der Größe von etwa 1,5 Nanometern, also des 1,5fachen eines millionstel Millimeters, lässt sich mechanisch einfangen und durch einen elektronischen Impuls in zwei dauerhafte Zustände schalten, die der 0 und 1 des Binärsystems entsprechen.

Die Methode dahinter nennt sich MCBJ (mechanically controllable break-junction, also mechanisch kontrollierbare Bruch-Weiche). Dabei wird eine metallische Nanobrücke auf einem isolierenden Substrat aufgebrochen, wobei zwei Elektroden mit atomaren Spitzen entstehen. Die Lücke wird auf den Picometer (ein tausendstel Nanometer) genau kontrolliert. Nun werden organische Moleküle mittels einer Lösung zugegeben, von denen eines in der Lücke zwischen beiden Elektroden gefangen wird und die Nanobrücke schließt. Durch Anlegen einer Spannung ist dieses Molekül dauerhaft in die Schaltzustände Ein und Aus zu versetzen. In einem Experiment mit über 500 Schaltzyklen binnen Mikrosekunden haben die Forscher bewiesen, dass einzelne Moleküle als binäres Speicherelement nutzbar sind.

Bevor Molekülspeicher Einzug in unsere Wohnzimmer-PCs halten, wird jedoch zunächst die CMOS-Technologie ausgereizt. Chip-Strukturen (derzeit bei etwa 40 Nanometer) werden unter die 20-Nanometer-Grenze fallen, bevor sie dann ihr physikalisches Limit bei 10 Nanometern erreichen. Allerdings forschen Riel und Lörtscher auch an alternativen Technologien wie Carbon-Nanoröhrchen, halb leitenden Nanodrähten sowie Spintronics qu-Bits (spin-based electronics quantum-bits). Die Zukunft bleibt also spannend.
www.zurich.ibm.com