Doch inzwischen sind längst nicht mehr nur einfache Kohlenstoffröhrchen Gegenstand der Forschungen. Wissenschaftler experimentieren auch schon mit verzweigten, mehrwandigen oder auch gefüllten Röhrchen.

Y-Nanoröhrchen © University of California, San Diego

Wissenschaftlern der Universität von Kalifornien in San Diego um die Professoren Prabhakar Bandaru und Sungho Jin ist es im Sommer 2005 erstmals gelungen, Y-förmige Nanoröhrchen herzustellen, die sich unter bestimmten Bedingungen wie elektrische Schalter verhalten. Die elektrischen Eigenschaften dieser Winzlinge sollen denen eines Transistors gleichwertig oder sogar überlegen sein. „Das ist das erste Mal, dass eine Transistor-ähnliche Struktur mithilfe von gegabelten Nanoröhrchen erzeugt wurde“, erklärt Bandaru. „Diese Entdeckung repräsentiert eine neue Sicht nano-elektronischer Bauteile.“

Rechts oder links als „An“ oder „Aus“
Die Forscher züchteten die neuen „Nano-Transistoren“ zunächst als gerade Nanoröhrchen, regten dann aber durch Zugabe von Titan-Eisen-Partikeln das Wachstum von zusätzlichen Verzweigungen an. Die Metallteilchen lagerten sich an der Verzweigungsstelle an und ließen eine Y-Form entstehen. Wurden die Röhrchen an elektrische Kontakte angeschlossen, bewegten sich die Elektronen zunächst in den einen Arm des „Y“, sprangen dann auf das Katalysatorteilchen über und strömten durch den zweiten Arm wieder ab.

Experimente zeigten, dass sich die Bewegung der Elektronen in der Y-Verzweigung durch Anlegen einer Spannung am Stiel des Röhrchens kontrollieren lässt. Eine positive Ladung vermehrte den Elektronenfluss durch die beiden Arme, schaltete quasi den Schalter auf „an“, eine negative Ladung dagegen stoppte den Elektronenfluss und stellte den Schalter damit auf „aus“. Eine solche binäre Logik bildet auch die Basis jeden Transistors.

Drei Funktionen in einem Röhrchen
„Unter Elektronikingenieuren wird dieses Phänomen als ‚Gating’ bezeichnet“, erklärt Bandaru. Seiner Ansicht nach macht diese Fähigkeit die Nanoröhrchen zum bisher kleinsten produzierten Transistor „Wir können Funktionalität im Nanomaßstab synthetisieren, in diesem Fall die drei Bestandteile eines Transistors, ohne sie erst separat herstellen und dann zusammenbauen zu müssen.“

Die Forscher wollen nun mit verschiedenen anderen Katalysematerialien experimentieren, um die Schaltfunktionen der Y-Röhrchen weiter zu optimieren. „Wenn wir diese Nanobauteile leicht in großem Maßstab herstellen, manipulieren und einbauen können, könnten sie die Basis einer neuen Art von Transistoren werden“, so Bandaru.