Bestehen Prozessoren bald aus molekularen Bauelementen?

IBM-Forschern ist ein Durchbruch in der Nanotechnologie gelungen, der zur Entwicklung molekularer Bauelemente für die Informatik führen könnte. Ihre Arbeit ist heute in der Fachzeitschrift Science erschienen. In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universitäten Regensburg und Utrecht konnten die IBM-Forscher zum ersten Mal den Ladungszustand einzelner Atome mittels Rasterkraftmikroskopie (RKM) messen. Die Präzision, mit der sie dabei zwischen ungeladenen und positiv oder negativ geladenen Gold- und Silberatomen unterscheiden konnten, betrug eine einzelne Elektronenladung bei einer nanometergenauen räumlichen Auflösung (ein Nanometer ist ein Milliardstel Millimeter). Die erreichte Genauigkeit der Messmethode eröffnet neue Möglichkeiten in verschiedenen Anwendungsbereichen, unter anderem in der Molekularelektronik. Die molekulare Elektronik erforscht die atomaren Wechselwirkungen in Molekülen und ihre zukünftige Verwendung als funktionale Bausteine von Schaltkreisen und Prozessoren. Vorerst soll die neu entwickelte Messmethode physikalische Grundlagen liefern. Doch in Zukunft könnte sie zu neuen Bauelementen in der Informationstechnologie führen. Molekulare Computerbausteine haben das Potenzial, kleiner, schneller und energieeffizienter zu sein als heutige Transistoren und Speicherbausteine. Bereits heute kommt Molekularelektronik zum Beispiel bei molekularen Drähten, Schaltern und Dioden zum Einsatz. Ein RKM misst mittels einer atomar feinen Spitze die Kräfte, die zwischen dieser Spitze und den Atomen auf dem Substrat auftreten. In der vorliegenden Arbeit verwendeten die Forscher einen so genannten qPlus-Kraftsensor, bei dem die Spitze auf einem Zinken einer Stimmgabel, wie man sie in mechanischen Uhrwerken von Armbanduhren findet, angebracht ist, während der andere Zinken fixiert ist. Wird die RKM-Spitze nun sehr nah über der Probe platziert, verändert sich die Resonanzfrequenz der Stimmgabel aufgrund der Kräfte, die zwischen Probe und Spitze auftreten, und misst so den Ladungszustand des untersuchten Materials.