Ein interdisziplinäres Wissenschaftlerteam des des Forschungszentrums Karlsruhe hat wichtige Durchbrüche auf dem Weg zur Nanoelektronik erzielt. Sie entwickelten unter anderem Bauelemente aus halbleitenden Nanoröhrchen und damit einen ersten Schritt hin zu neuartigen Speichermedien für Computer. Jetzt wurden die Forscher dafür mit dem Erwin Schrödinger-Preis 2004 der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren ausgezeichnet.
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In den vergangenen 20 Jahren haben es die Halbleiteringenieure geschafft, immer höher integrierte elektronische Schaltungen aus Silizium herzustellen. Dabei verkleinerten sich stets die Abmessungen der einzelnen Bauteile. Weitere Verkleinerungen werden jedoch voraussichtlich innerhalb der nächsten zehn Jahre an physikalische Grenzen stoßen. Abhilfe soll hier die Nanoelektronik schaffen: Würde es gelingen, elektronische Bauelemente aus einzelnen Molekülen aufzubauen, ließen sich bis zu 10000-mal kleinere elektronische Komponenten herstellen. So könnten organische Moleküle, die Strom nur in einer Richtung durchlassen, als Dioden eingesetzt werden. Andere organische Moleküle, die sich zwischen zwei elektronischen Zuständen hin und her schalten lassen, sollen als kleinste Speicherzellen in der Computertechnik dienen.
Wichtige Durchbrüche auf dem Weg dahin hat ein interdisziplinäres Wissenschaftlerteam vom Institut für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe erzielt. Zunächst gelang es, einzelne Moleküle zwischen zwei Elektroden einzuspannen und so den Strom durch diese Moleküle zu messen. „Zum Nachweis haben wir symmetrische und asymmetrische Moleküle hergestellt und kontaktiert“, erläutern Dr. Marcel Mayor, Chemiker, undDr. Heiko Weber, Physiker. „Diese Molekülstruktur konnte in der Strom-Spannungscharakteristik jeweils wiedergefunden werden.“ Mit diesem und weiteren Experimenten haben die beiden Wissenschaftler eine zentrale Frage der molekularen Elektronik beantwortet: Durch geeignete Wahl der molekularen Struktur können die elektronischen Eigenschaften der „Bauteile“ tatsächlich festgelegt werden.
Als „Drähte“ der Nanoelektronik, das heißt als Verbindungen zwischen funktionellen Molekülen, sind Kohlenstoff-Nanoröhrchen in der Diskussion. In diesen Röhrchen können Elektronen ohne Streuverluste transportiert werden. Bei der Herstellung der Nanoröhrchen taucht aber ein Problem auf: Immer entsteht ein Gemisch aus zwei Typen mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften. Je nach Anordnung der Atome in den Wänden der Röhrchen verhalten sie sich entweder wie Metalle oder wie Halbleiter.
Erst durch die Arbeiten des Karlsruher Forscherteams wurde es möglich, die halbleitenden und metallischen Röhrchen voneinander zu trennen und so zu sortieren. „In einem elektrischen Wechselfeld mit einer Frequenz von 10 Millionen Hertz wandern die metallischen und die halbleitenden Nanoröhren in entgegengesetzte Richtungen. Damit können die metallischen Röhrchen abgeschieden werden, und die nichtmetallischen verbleiben in der Lösung“, erklären Dr. Ralph Krupke und Dr. Frank Hennrich.
Die Mitarbeiter des Instituts für Nanotechnologie des Forschungszentrums Karlsruhe haben jetzt gmeinsam mit ihren Kollegen Marcel Mayor und Haiko Weber – gemeinsam den Erwin Schrödinger-Preis 2004 der Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren erhalten. Der Schrödinger-Preis wird jährlich für exzellente interdisziplinäre Forschung vergeben und in diesem Jahr auf der Jahrestagung der Helmholtz-Gemeinschaft am 7. Dezember in Brüssel überreicht.
(Forschungszentrum Karlsruhe in der Helmholtz-Gemeinschaft, 12.08.2004 – NPO)
