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Molekül-Baustein

Der kleinste Schaltkreis der Welt

Ein einzelnes Kohlenstoffmolekül ist offensichtlich zu erstaunlichen Taten fähig: Der neu entwickelte Logikbaustein kann nicht nur "wahr" von "falsch" unterscheiden, sondern verstärkt die anliegenden Signale auch noch.

Forscher des Computerkonzerns IBM haben nach eigenen Angaben bei der Entwicklung immer kleinerer und schnellerer Computerbausteine einen weiteren Erfolg verbucht. Die Wissenschaftler konnten jetzt den angeblich kleinsten Schaltkreis der Welt präsentieren, der zu eigenständigen logischen Operationen fähig ist.

Der Schaltkreis besteht aus einem einzigen Kohlenstoffmolekül, das in die Form einer Röhre gebracht wurde. Es ist etwa 100.000-mal dünner als ein menschliches Haar, wie IBM auf dem Jahrestreffen der American Chemical Society (ACS) in Chicago mitteilte.

Aus dem Nanoröhrchen konstruierten die Forscher ein logisches Modul, das die Eingangssignal invertiert (ein "NOT-Gatter"). Wird es mit einer positiven elektrischen Spannung gefüttert, gibt es eine negative Spannung heraus, und umgekehrt. Auf ein logisches "Ja" antwortet es somit mit einem logischen "Nein". Mehr noch: Die Spannung wird durch das Miniaturbauteil sogar verstärkt - Grundvoraussetzung für den Einbau in Computerchips.

Normalerweise ist für einen derartigen Schaltkreis die Kombination verschiedener herkömmlicher Transistoren nötig, in der Fachsprache n- und p-Transistoren genannt. Dem Forscherteam um Phaedon Avouris ist es allerdings gelungen, die beiden grundlegenden Bauteile auf einem einzelnen Molekül unterzubringen: Wird ein Teil des Nanoröhrchens im Vakuum erhitzt, nimmt es die Eigenschaften eines n-Transistors an. Der restliche Teil bleibt unverändert. Die Forscher beschreiben das winzige Bauteil in einem online veröffentlichten Beitrag des ACS-Fachjournals "Nano Letters".

Der Nano-Schaltkreis soll bei der Entwicklung immer kleinerer und schnellerer Mikroprozessoren helfen. IBM arbeitet bereits seit längerem an Alternativen zu Silizium, das heute in den meisten Computerchips verwendet wird. "Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind ein heißer Kandidat, um Silizium zu ersetzen - wenn Bauteile auf den Chips einfach nicht mehr kleiner gemacht werden können", sagt Avouris. Diese physikalische Grenze werde in etwa zehn bis 15 Jahren erreicht sein.

Erst im April hatten die Forscher für Schlagzeilen gesorgt, als sie ihre Technologien in der US-Fachzeitschrift "Science" vorstellten und zum ersten Mal ein Gitter aus Nano-Transistoren präsentierten. Die damals angewandten Verfahren haben nun auch zum Miniaturschaltkreis geführt.