Transistoren bilden das Herzstück jeden heutigen Computerchips – noch. Denn schon arbeiten Wissenschaftler daran, noch kleinere und schnellere Nachfolger zu finden. Jetzt ist es ihnen gelungen, winzigen, gegabelten Nanoröhrchen elektrische Eigenschaften zu entlocken, die denen eines Transistors gleichwertig und sogar überlegen sein sollen.
Wissenschaftler der Universität von Kalifornien in San Diego um die Professoren Prabhakar Bandaru und Sungho Jin berichten in der aktuellen Ausgabe von „Nature Materials“, dass Y-förmige Nanoröhrchen sich unter bestimmten Bedingungen wie elektrische Schalter verhalten. „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.“
Nachfolger für konventionelle Transistoren gesucht
Die rasante Steigerung in Schnelligkeit und Leistung elektronischer Bauteile in den letzen zwei Jahrzehnten ist in erster Linie auf die immer weiter schrumpfenden konventionellen Transistoren zurückzuführen. Chiphersteller haben sie mittlerweile auf bis zu 100 Nanometer verkleinert. Doch die herkömmliche Technologie lässt sich ohne Leistungseinbußen nicht viel weiter schrumpfen. Daher wird weltweit nach Alternativen gesucht.
Die jetzt getesteten, nur wenige Zehntel Nanometer dicken Y-Röhrchen könnten sich da möglicherweise als ein vielversprechender Kandidat erweisen. Die Wissenschaftler 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.
Ladung schaltet Elektronenfluss
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 durch die Y-Verzweigung durch Anlegen einer Spannung am Stiel des Röhrchens kontrollieren lässt. Eine positive Ladung vermehrt den Elektronenfluss durch die beiden Arme, schaltet quasi den Schalter auf „an“, eine negative Ladung dagegen stoppt den Elektronenfluss und stellt den Schalter damit auf „aus“. Eine solche binäre Logik bildet auch die Basis jeden Transistors.
„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.
(University of California, San Diego, 16.08.2005 – NPO)
