Möglicher Ersatz für Silizium: Forscher blicken hinter das Geheimnis von Neodym-Nickel-Oxid

15. Oktober 2016, 12:00
10 Postings

Das Material ist bei Temperaturen über minus 123 Grad Celsius ein Metall, ansonsten ein Isolator

Villigen – Auf modernen Computerchips drängen sich mittlerweile Silizium-Transistoren so dicht aneinander, dass kaum noch eine Steigerung möglich scheint. Um eine sparsame Hochleistungselektronik künftig noch kleiner zu gestalten, suchen Wissenschafter nach alternativen Transistor-Materialien. Forschende des PSI und der Uni Genf haben nun ein solches unter die Lupe genommen, das je nach Temperatur Strom leitet oder nicht: Neodym-Nickel-Oxid.

Das exotische Material 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 am Dienstag mitteilte. Dieser Wechsel lasse sich aber nicht nur durch die Temperatur, sondern auch durch elektrische Spannung hervorrufen, was für einen möglichen Einsatz in künftiger Elektronik wichtig ist.

Wechsel vom Leiter zum Isolator

Noch sind Forschende aber daran, das Verhalten bestimmter Metall-Oxide wie dem Neodym-Nickel-Oxid besser zu verstehen, um die Basis zu legen, sie später einmal 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 in dem Material untersucht. Dabei bestimmten sie die elektronische 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: Bei dem 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. Alternativen zu Halbleitern wie Silizium könnten sparsamere Computerchips mit hoher Rechenleistung ermöglichen, beispielsweise für Smartphones. (APA, red, 15.10.2016)

Share if you care.