Forscher erzeugen kleinsten funktionierenden Transistor mit "Molekül-Kaskade"

Nano-Schaltkreis im Domino-Prinzip

IBM-Forscher haben nach eigenen Angaben den kleinsten funktionsfähigen Transistor gebaut. Bei dem Nano-Schaltkreis folgte das Team rund um Andreas Heinrich und Don Eigler dabei einen neuen Ansatz, wobei sich einzelne Moleküle über eine glatte atomare Kupferoberfläche wie „umfallende Dominosteine“ bewegen. Diese Molekül-Kaskade erlaubte es den IBM-Wissenschaftlern ein arbeitsfähiges digitales Schaltelemente zu produzieren, das 260.000 mal kleiner ist als in den modernsten verfügbaren Halbleiter-Elementen. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit wurden in der Zeitschrift Science publiziert.

Die Schaltkreise wurden durch ein präzises Muster von Kohlenmonoxid-Molekülen auf einer Kupferoberfläche erzeugt. Wenn ein einzelnes Molekül angestoßen wird, so löst das eine Kaskade von weiteren Bewegungen aus, vergleichbar mit der Kettenreaktion von umfallenden Dominosteinen. Die IBM-Wissenschafter nutzten diesen Effekt, um Logikschaltkreise für „und“ sowie „oder“-Funktionen zu erzeugen. Daneben konnten sie auch Datenspeicher sowie die benötigten Leitungen, die diese Elemente zu einem Schaltkreis verbinden, herstellen, wobei jede Kaskade eine einzelne Operation darstellt.

Der komplexeste Schaltkreis, der so hergestellt wurde, war ein „Sorter“ mit drei Schnittstellen und hatte eine Größe von 12 x 7 Nanometern. Damit lassen sich 190 Mio. dieser Schaltkreise auf das Ende eines Bleistifts mit sieben Millimeter Durchmesser packen. Ein Nanometer entspricht etwa fünf bis zehn Atome in einer Linie.

Zurzeit werden die Moleküle für die Kaskaden einzeln mit einem Elektronen-Mikroskop positioniert. Bisher kann so ein Schaltkreis nur eine Berechnung ausführen, da die Moleküle nicht zurückgesetzt werden können. Eigler und Heinrich suchen jetzt nach anderen Methoden, um Kaskaden im Nanometer-Bereich zu erzeugen. Diese Schaltkreise könnten dann auch nach erfolgreicher Berechnung in ihre Ausgangsposition zurückgesetzt werden. Die jetzt vorgestellten Molekülkaskaden könnten für Nano-Geräte eingesetzt werden, die nur eine Schaltung benötigen wie Temperaturfühler oder Sensoren.