Nanocomputer Moleküle lernen die Logik

Der Traum vom Supercomputer für die Westentasche ist ein Stück realistischer geworden. Aus Molekülen haben Forscher winzige Schaltkreise gebaut, die einfache logische Operationen beherrschen.

Seit Jahren malen Visionäre aus, wohin die ständig fortschreitende Miniaturisierung der Prozessoren in Zukunft führen könnte. Nun beginnt der Nanocomputer langsam Gestalt anzunehmen: Zwei Forscherteams ist es gelungen, logische Schaltkreise herzustellen, die um ein Vielfaches kleiner sind als die Strukturen auf herkömmlichen Siliziumchips. Ihre Arbeit stellen die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science" vor.

Konventionelle Transistoren und Dioden werden meist aus flachen Siliziumscheiben herausgeätzt. Die Grenzen dieser "Top-Down"-Technik sind mit Elementen erreicht, die etwa 200 Nanometer groß sind - also 200 Millionstel Millimeter. Statt ihre Schaltkreise aus einem Materialblock herauszuarbeiten, bedienten sich die beiden Teams aus den Niederlanden und den USA so genannter "Bottom-Up"-Methoden: Sie setzten winzige Strukturen Molekül für Molekül zusammen.

Die Gruppe um Cees Dekker von der Technischen Universität Delft baute ihre logischen Schaltkreise aus einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhren. Die winzigen Hohlzylinder, die nur einen Nanometer breit sind, bestehen im Prinzip aus einer aufgerollten Atomlage. Indem sie die Nanoröhren in einem mehrstufigen Verfahren auf eine Siliziumscheibe auftrugen und mit aufgedampftem Gold verbanden, konnten die Forscher eine Vielzahl von Schaltkreisen erstellen, darunter auch eine Speicherzelle, welche die Grundlage für den Arbeitspeicher eines künftigen Nanocomputers bilden könnte.

Mit einem anderen Verfahren erzielte das Team um Charles Lieber von der Harvard University im amerikanischen Cambridge ähnlich gute Ergebnisse. Lieber und seine Kollegen konstruierten ihre Schaltkreise mit winzigen, aus Lösungen gezüchteten Nanodrähten aus den Halbleiter-Materialien Silizium und Galliumnitrid. Diese Drähte mit einem Durchmesser zwischen 10 und 30 Nanometer verknüpften die Wissenschaftler derart, dass logische Grundschaltungen wie Und-, Oder- und Nicht-Oder-Gatter entstanden.

In den letzten Jahren haben Forscher zwar immer wieder einzelne Schaltelemente aus Nanoröhren und Nanodrähten vorgestellt. Erst mit den jüngsten Forschungen ist die Nanoelektronik jedoch auf der höheren Ebene logischer Schaltkreise angekommen. Die neuen Ergebnisse stellen "dramatische Schritte auf dem Weg zu elektronischen Nanocomputern" dar, kommentieren der Physiker Greg Tseng von der Stanford University und James Ellenbogen vom Forschungsinstitut Mitre der US-Regierung in einem "Science"-Begleitartikel.

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