Elektrischer Kontakt ermöglicht logische Operationen Einzelmolekül als elektrischer Schalter - scinexx | Das Wissensmagazin
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Elektrischer Kontakt ermöglicht logische Operationen

Einzelmolekül als elektrischer Schalter

Brückenmolekül zwischen zwei elektrischen Kontakten (oben Schema, unten REM-Aufnahme) © IBM

Ein einzelnes Molekül reicht aus, um als Schalter zu fungieren: Das zeigen jetzt Versuche, bei denen ein Molekül zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen (an/aus) hin und hergeschaltet werden konnte. Auch die Speicherung von Daten ist mit diesem Einzelmolekü bereits möglich. Dies ist ein weiteres Ergebnis in der Bemühung, neuartige Technologien für die Ära nach Silizium zu entwickeln.

In der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift SMALL berichten die Forscher Heike Riel und Emanuel Lörtscher vom IBM Rüschlikon Forschungslabor von einem Schalter und Speicherelement, bestehend aus nur einem einzelnen Molekül. Dieses als BPDN-DT bezeichnete organische Molekül ist speziell entwickelt und hat die Größe von nur 1,5 Nanometern. Unter Nutzung einer raffinierten mechanischen Methode konnten sie einen elektrischen Kontakt zu einem diesem Molekül schaffen, um eine umkehrbare und steuerbare Schaltung zwischen zwei Ladungszuständen zu schaffen.

Mit der Dimension eines einzelnen Moleküls in der Größenordnung von einem Nanometer (ein Millionstel eines Millimeters), stellt Molekularelektronik die ultimative Grenze der Miniaturisierungsmöglichkeit dar, weit jenseits der heutigen Silizium-basierten Technologie.

Die Ergebnisse zeigen, daß diese Moleküle Eigenschaften aufweisen, die dazu verwendet werden können, die gleichen logischen Operationen durchzuführen, wie sie in heutiger Informationstechnologie verwendet werden. Durch die Anwendung von Spannungspulsen bei einem Molekül kann es steuerbar zwischen den Zuständen "an" und "aus" hin und her geschaltet werden. Darüberhinaus sind beide Ladungszustände stabil und ermöglichen ein zerstörungsfreies Auslesen des Bit-Status – eine Voraussetzung für nicht-flüchtige Speicheroperationen. Die IBM Forscher haben dies durch wiederholte Schreib-Lese-Lösch-Lese-Zyklen nachgewiesen. Mit diesem Einzelmolekül-Speicherelement haben Riel und Lörtscher mehr als 500 Schaltzyklen und Schaltzeiten im Mikrosekundenbereich zeigen können.

"Der Hauptvorteil der Ausnutzung von Transporteigenschaften auf molekularem Maßstab ist, dass diese fundamentalen Bausteine wesentlich kleiner als heutige CMOS-Bauelemente sind", erläutert Riel. "Zusätzlich hoffen wir, noch weitere, bisher unbekannte Eigenschaften zu entdecken, die Silizium und verwandte Materialien nicht haben."

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(IBM Deutschland, 07.08.2006 – NPO)

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