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Neuer Nanotransistor entwickelt
Veröffentlicht am 28.03.2003 14:10:50

Zwei Forscher des Georgia Institute of Technology haben nun den klassischen Halbleitern den Rücken gekehrt und einen neuartigen Transistor entwickelt, der nicht gegen die quantenmechanischen Effekte ankämpft, sondern sich diese zu Nutze macht. Am Beginn der Computertechnik waren die integrierten Schaltkreise aus heutiger Sicht geradezu astronomisch groß. Dadurch gehorchte das Verhalten der Bauteile auch der klassischen physikalischen Vorstellung von kleinen, kugelförmigen Elektronen, die sich durch einen Halbleiter bewegen - oder eben auch nicht. Je kleiner aber nun die Schaltungen werden, umso mehr quantenmechanische Effekte spielen eine Rolle, und der IC „benimmt“ sich überhaupt nicht mehr so wie man es sich von ihm erwartet. An diese Grenze stoßen die Prozessorhersteller praktisch täglich und versuchen sie durch verschiedenste Tricks hinaus zu schieben, um das klassische Verhalten so lange wie möglich aufrecht zu erhalten. Das entgültige Aus rückt aber unaufhörlich näher.

Zwei Forscher des Georgia Institute of Technology haben nun den klassischen Halbleitern den Rücken gekehrt und einen neuartigen Transistor entwickelt, der nicht gegen die quantenmechanischen Effekte ankämpft, sondern sich diese zu Nutze macht. Das Resultat ist ein auf Silberatomcluster aufgebauter Transistor, der deutlich einfacher hergestellt werden kann als bisherige Nano-Halbleiter. Dazu wurde zuerst eine Silberfolie einem sehr hohen Strom ausgesetzt, um durch Verdampfung einzelne Silberatom zu erhalten, die sich dann in weiterer Folge zu Clustern in der Größe von mehreren Atomen wieder formierten.



Nun brachten die Forscher des GIT-Teams rund um Robert Dickson und Tae-Hee Lee zwei Elektroden in die Nähe der „Silberatomhaufen“ und regten diese mit elektrischen Spannungen an. Dabei stellten die Wissenschafter fest, das nur bei ganz bestimmten Spannungen die Silberatome zur Aussendung von Licht angeregt werden. Dieser Effekt ist auch quantenmechanisch zu erwarten, da Atome nur durch ganz bestimmte, sogenannte diskrete Energien angeregt werden. Wie hoch diese ist, hängt unter anderem von der Anzahl der Atome ab, die sich in einem solchen Cluster befinden. Solche angeregten Zustände sind allerdings nicht stabil und der „Haufen“ kehrt unter Aussendung von Lichtquanten wieder in den Grundzustand zurück. Praktisch wurde der Versuch aber nicht mit einem, sondern mit zwei kurzaufeinanderfolgenden Spannungsstößen durchgeführt, deren Energie in Summe die Anregung auslösen. Dieser Vorgang ist nicht nur überaus schnell, sondern wegen des quantenmechanischen Charakters auch sehr „scharf“, das heißt, nur wenn die Spannung exakt stimmt, wird der Effekt ausgelöst. Durch Kombination von mehreren Clustern, die auf unterschiedliche Energien ansprechen, kann nun recht einfach ein Transistor, Addierer oder auch ein logisches Glied (AND, OR; XOR, usw.) aufgebaut werden. Mit diesen „traditionellen“ Bausteinen geben sich die Forscher aber nicht zufrieden. Glaubt man den Wissenschaftern des GIT’s, so lassen sich sehr einfach Schaltungen realisieren, die ein noch weit komplexeres Verhalten besitzen. Aus diesem Grund glaubt Robert Dickson nicht daran, dass seine Nanocluster die konventionelle Halbleitertechnologie ablösen werden, er sieht den Einsatzbereich in Gebieten, in denen konventionelle Computer aufgrund ihrer klassischen Strukturierung an ihre Grenzen stoßen. „Unsere Nanobausteine besitzen durch ihr komplexes Verhalten trotz der Einfachheit im Aufbau eine innere Schönheit, die uns viele neue Möglichkeiten eröffnen wird“, meint Robert Dickson dazu.

Ein Vorteil der Nanocluster ist aber momentan noch ein deutlicher Nachteil. Das Ausgangssignal ist offensichtlich Licht, was die Verschaltung von den einzelnen Bauteilen noch sehr schwierig gestaltet, da bisher keine Technologie existiert, die dies in diesen Nano-Maßstäben bewerkstelligen könnte. Die Forscher des GIT’s kümmert dies aber wenig. Sie wollen in Zukunft noch mehr über die Herstellung und Verhalten ihrer Cluster erfahren um ganz gezielt komplexe Strukturen erzeugen zu können.

Paul Müllner

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