Molekülketten statt Kupfer für den Computer von morgen

17. Juni 2002, 19:12
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Innsbrucker Chemiker testen Drähte aus Kohlenstoffverbindungen

Innsbruck - Alle 18 bis 24 Monate verdoppelt sich die Leistungsfähigkeit von Computerchips. So lautet "Moores Gesetz" aus dem Jahr 1956, und diese gewagte These wurde von der Industrie zum Teil sogar übertroffen. Doch die Leistungsfähigkeit geht mit der Anzahl der Transistoren auf einem Prozessor einher, und hier wird man bald an unüberwindbare Grenzen stoßen: Fundamentale physikalische Gesetze stehen weiterer Miniaturisierung im Weg - zumindest bei den traditionellen Silizium-Chips.

Fazit: Neue Technologien müssen her. Ein viel versprechender Ansatz ist die Molekulare Elektronik: Drähte, Schalter und Transistoren werden aus einzelnen Molekülen hergestellt, Schaltkreise können so um das Millionenfache dichter gepackt werden als mit den herkömmlichen Bauteilen. "Die Idee, Drähte aus Molekülen zu bauen, gibt es seit über 50 Jahren", erzählt Benno Bildstein vom Innsbrucker Institut für Allgemeine, Anorganische und Theoretische Chemie. Mittlerweile ist bewiesen, dass einzelne Moleküle Strom leiten können.

Bildstein und seine Kollegen untersuchten nun in einem vom FWF geförderten Projekt eine spezielle Molekülsorte auf ihre Tauglichkeit als molekularer Draht: Cumulene, "vom Designkonzept her denkbar einfache Moleküle", wie der Chemiker erklärt. Cumulene sind Ketten aus doppelt gebundenen Kohlenstoffatomen, an deren Ende jeweils ein Ferrocen hängt. Diese metallorganische Kohlenstoff-Eisen-Verbindung erfüllt die Grundvoraussetzung für die Leitung von Strom: Das Eisenatom kann ein Elektron abgeben, es gibt also freie Ladungsträger.

Länge macht instabil

Das Ergebnis des Projekts fasst Bildstein so zusammen: "Cumulene sind im Prinzip besser als andere molekulare Leiter, aber in ihrer Stabilität limitiert." Bis zu einer Länge von sechs Kohlenstoffatomen (nicht einmal ein Nanometer) konnte die Leitfähigkeit der Moleküle nachgewiesen werden. Zudem zeigte sich, dass nur Cumulene mit einer geraden Anzahl von Kohlenstoffatomen leitfähig sind. Ein Problem ist noch zu überwinden: Je länger die Moleküle sind, desto instabiler werden sie.

Mögliche Lösung: Man umgibt die molekularen Drähte mit einer Isolierung aus Kohlenwasserstoffketten, vergleichbar mit einem Kupferdraht, der mit einer Kunststoffhülle isoliert ist. Im Prinzip kann man bereits alle elektronischen Bauteile durch Moleküle wie Cumulene ersetzen. Die Herausforderung der nächsten Jahre wird sein, sie zu komplexen Schaltungen zusammenzusetzen.

Dies hofft man durch "self-assembly" zu erreichen, also indem man die Moleküle dazu bringt, sich selbst richtig anzuordnen. Weltweit arbeiten mehrere Gruppen auf diesem Gebiet, über Grundlagenforschung ist man aber noch nicht hinausgekommen.

Dennoch glaubt Bildstein, dass die Molekulare Elektronik im Wettlauf um die neue Chiptechnologie die Nase vorn hat - auch vor dem Quantencomputer, bei dem Rechenoperationen durch die Spins einzelner Atome verwirklicht werden. "Irgendwo werden sich aber beide Technologien treffen", ist er überzeugt. (cok/DER STANDARD, Print-Ausgabe, 18. 6. 2002)

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