NEWS / Einzelmoleküle als Datenspeicher: Ende der Silizium-Ära?

Forscher des IBM Rüschlikon Labors haben aufgezeigt, dass sich auch mit einzelnen Molekülen Daten speichern lassen. Mithilfe einer speziell entwickelten Mechanik konnte das Schweizer Forschungslabor einen elektronischen Kontakt zu einem einzelnen Molekül aufbauen, um bei diesem zwischen den zwei notwendigen Ladungszuständen hin- und herschalten zu können. Die Technologie gilt als eine der vielversprechendsten Ansätze auf dem Weg zur Post-Silizium-Ära, die mit ihren Skalierungsmöglichkeiten langsam ans Ende gelangt.

"Der Hauptvorteil der Ausnutzung von Transporteigenschaften auf molekularem Maßstab ist, dass diese fundamentalen Bausteine wesentlich kleiner als heutige Halbleiter-Bauelemente sind", erläutert die leitende Forscherin Heike Riel vom IBM Rüschlikon-Labor im pressetext-Gespräch. Bei der derzeitigen Silizium-basierten Technologie bewege man sich mittlerweile im Bereich von 50 bis 60 nm, was ungefähr einem Tausendstel eines menschlichen Haars entspräche. Durch den Einsatz von Molekularelektronik könne man den Miniaturisierungsprozess noch einmal um das Fünfzigfache auf einen Nanometer pro Molekül verbessern, so Riel.

Den Forschern zufolge würden die für die Versuche verwendeten organischen Moleküle dieselben Eigenschaften aufweisen, die für die Abwicklung der logischen Operationen in der heutigen Informationstechnologie vonnöten sind. Durch die Anwendung von Spannungspulsen bei einem Molekül kann steuerbar zwischen den Zuständen "an" und "aus" hin- und hergeschaltet werden. Darüber hinaus sind beide Ladungszustände stabil und ermöglichen ein zerstörungsfreies Auslesen des Bit-Status - eine Voraussetzung für nicht-flüchtige Speicheroperationen. Laut IBM konnte dies durch wiederholte Schreib-Lese-Lösch-Lese-Zyklen nachgewiesen werden. Mit dem aus einem Schalter und einem Speicherelement bestehenden Einzelmolekül konnten so mehr als 500 Schaltzyklen und Schaltzeiten im Mikrosekundenbereich durchgeführt werden.

Eine Ablöse der Silizium-basierten Fertigungstechnologie von Schalter- und Speicherbausteinen ist voraussichtlich erst in zehn bis fünfzehn Jahren zu erwarten. "Organische Moleküle sind allerdings nur ein möglicher Weg, um die Verbesserung von Schaltkreisen voranzutreiben", schränkt Riel ein. Als weitere vielversprechende Entwicklungspfade nannte sie die Forschung mit Carbon Nanotubes (Kohlenstoff-Nanoröhren), Silizium-Nanodrähten sowie der Spintronics-Technologie.