PSI lüftet das Geheimnis eines Materials für künftige Elektronik

Auf Computerchips drängen sich Silizium-Transistoren dicht an dicht. Schon bald so dicht, dass sie aufgrund von Quanteneffekten nicht mehr funktionieren. Für eine sparsame Hochleistungselektronik von morgen suchen Wissenschaftler deshalb nach alternativen Transistor-Materialien. Forschende des PSI und der Uni Genf haben ein solches unter die Lupe genommen, das je nach Temperatur Strom leitet oder nicht.
 
Dieses exotische Material namens Neodym-Nickel-Oxid ist bei Temperaturen über minus 123 Grad Celsius ein Metall, leitet also Strom. Bei tiefer liegenden Temperaturen ist es hingegen ein Isolator, also nichtleitend, wie das Paul Scherrer Institut PSI heute Dienstag mitteilte. Dieser Wechsel lasse sich nicht nur durch die Temperatur, sondern auch durch elektrische Spannung hervorrufen, was für einen möglichen Einsatz in künftiger Elektronik wichtig ist.
 
Noch sind Forschende aber daran, das Verhalten bestimmter Metall-Oxide wie dem Neodym-Nickel-Oxid besser zu verstehen, um die Basis zu legen, sie dereinst als Alternative zum Halbleiter Silizium in Elektronik einsetzen zu können.
 
Um den Wechsel von Neodym-Nickel-Oxid vom Metall zum Isolator zu verstehen, haben PSI-Forschende um Thorsten Schmitt in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Genf die Anordnung der Elektronen im Material untersucht. Dabei bestimmten sie die Struktur einmal bei knapp 27 Grad Celsius, also weit oberhalb der Temperaturschwelle, ab der es zum leitenden Metall wird, einmal im "Isolator"-Zustand bei rund minus 258 Grad.
 
Dadurch konnten sie erstmals experimentell beweisen, was Forschende bisher nur aufgrund theoretischer Berechnungen vermuteten: Beim Wechsel ändert sich die Anordnung der Elektronen rund um die Sauerstoff-Atome des Materials. Die Nickel-Atome bleiben indes unverändert, wie sie im Fachjournal "Nature Communications" berichten.
 
Noch ist die Erforschung des Materials reine Grundlagenforschung. Aber die brauche es, um darauf aufbauend an Anwendungen beispielsweise für künftige Elektronik zu forschen, hiess es in der Mitteilung. Alternativen zu Halbleitern wie Silizium könnten sparsamere Computerchips mit hoher Rechenleistung ermöglichen, beispielsweise für Smartphones. (hjm)