Moleküle als Schalter, Atome als Speicher

31. August 2007, 10:35
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IBM-Forscher aus der Schweiz und den USA erzielen Durchbrüche in der Nanotechnologie.

IBM-Forscher aus der Schweiz und den USA erzielen Durchbrüche in der Nanotechnologie.
IBM meldet zwei wissenschaftliche Durchbrüche, welche das Zeitalter der "Molekülcomputer" und "Atomspeicher" ein grosses Stück näher bringen könnten. Einer dieser Durchbrüche wurde im Schweizer IBM-Forschungslabor in Rüschlikon erzielt.
Peter Liljeroth, Jascha Repp und Gerhard Meyer befassten sich dort mit der Möglichkeit, einzelne Moleküle als "Schalter" beziehungsweise als Ersatz für Transistoren in zukünftigen elektronischen Schaltkreisen zu verwenden. Die Wissenschaft kennt schon einige Moleküle, die sich dafür eignen könnten. Das Problem ist aber gemäss IBM, dass diese ihre Form ändern, wenn eine elektronische Spannung angelegt wird. Dies macht ihre gegenseitige "Verdrahtung" und damit die Entwicklung von eigentlichen Schaltkreisen schwierig. Liljeroth, Repp und Meyer entdeckten nun - übrigens "per Zufall" und anlässlich einer anderen Forschungsarbeit - einen Stoff, bei dem dies nicht der Fall ist.
Moleküle des organischen Farbstoffs Naphthalocyanin, so konnte das Rüschlikoner Team zeigen, können durch Stromstösse zwischen verschiedenen Zuständen hin- und hergeschaltet werden, ohne dass sie dabei ihre äussere Form, Konstellation oder Position verändern. Diese Eigenschaft beruht auf zwei Wasserstoffatomen, die sich im Innern eines ringförmigen Teils des Moleküls befinden. Diese beiden Atome ändern nach einem Stromstoss ihre Position, was wiederum eine Änderung der Leitfähigkeit des Moleküls bewirkt.
Den Wissenschaftlern in Rüschlikon gelang es ausserdem, einige dieser Moleküle mit einem Rastertunnelmikroskop so nahe aneinanderzulegen, dass es möglich war, durch Stromstösse in einem Molekül ein benachbartes Molekül zu schalten. Dies beweist, dass es theoretisch möglich sein könnte, aus diesen Molekülen komplexe Schaltkreise aufzubauen, deren Leiterbahnen dann wesentlich feiner wären, als die der heute gebräuchlichen Siliziumchips.
Das Prinzip des Rastertunnelmikroskop wurde vor 25 Jahren ebenfalls im IBM-Labor in Rüschlikon entwickelt und ist eine seiner wohl grössten Errungenschaften. Dieses "Mikroskop" ist kein optischen Instrument, sondern beruht darauf, dass die Oberfläche von Stoffen mit einer winzigen Nadel sozusagen "abgetastet" werden. Mit dieser Nadel - und viel Geduld, ist anzunehmen - kann man aber auch einzelne Moleküle und Atome auf einer Oberfläche verschieben.
Ein solches Rastertunnelmikroskop verwendete auch ein anderes IBM-Forscherteam in San José, Kalifornien, um einzelne Eisenatome hochpräzise auf einer Kupferoberfläche anzuordnen. Danach konnten sie erstmals die Richtung und Stärke einer Eigenschaft dieser einzelnen Atome namens "magnetische Anisotropie" messen - beziehungsweise, in Computerbegriffen gedacht, "lesen". Die Anisotropie, so IBM, ermöglicht es theoretisch, ein einzelnes Atom als Speicher für eine 0 oder eine 1 zu verwenden, die Grundlage für die Speicherung digitaler Daten. Falls es gelingt, je ein Bit auf einem Atom speichern und auch wieder auslesen zu können, wären tausendfach höhere Speicherdichten als heute möglich. Ein Gerät von der Grösse eines iPods könnte dann gemäss IBM bis zu 30'000 Spielfilme oder den gesamten heutigen Inhalt von YouTube speichern. (Hans Jörg Maron)
(Bild: Eine schematische Darstellung von zwei Naphthalocyanin-Molekülen, die von einem Rastertunnelmikroskop manipuliert werden. © IBM)

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