IBM entwickelt Molekülcomputer

Wesentlich für die Untersuchung der innewohnenden Eigenschaften von Molekülen ist die Fähigkeit, diese einzeln anzusprechen. Für diesen Zweck haben Riel und Lörtscher eine Methode erweitert, die „mechanically controllable break-junction (MCBJ)“ genannt wird. Mit dieser Technik wird eine Metallbrücke auf einem isolierenden Substrat vorsichtig durch mechanische Beugung gedehnt. Irgendwann bricht die Brücke ab und schafft zwei Elektroden, die Spitzen in atomarer Größe besitzen. Die Lücke zwischen den Elektroden kann mit Pikometer-Genauigkeit (ein Tausendstel eines Nanometers oder ein Billionstel Meter) gesteuert werden aufgrund des sehr hohen Übertragungsverhältnisses des Beugemechanismus.

In einem nächsten Schritt wird eine Lösung organischer Molekül auf der Spitze der Elektroden positioniert. Wenn die Verbindung sich schließt, kann ein Molekül, das sich an beide Metallelektroden anbinden kann, die Lücke überbrücken. Auf diesem Weg ist ein einzelnes Molekül zwischen den Elektroden „eingefangen“ und die Messungen können durchgeführt werden.

Die Moleküle, die untersucht wurden, sind speziell entwickelte organische Moleküle, die nur ca. 1,5 Nanometer lang sind. Das ist ungefähr ein hundertstel der Größe eines aktuellen CMOS-Elements. Die Moleküle wurden entwickelt und synthetisiert von Professor James M. Tour und Mitarbeitern an der Rice University in Houston, Texas.

„Der Hauptvorteil der Ausnutzung von Transporteigenschaften auf molekularem Maßstab ist, dass diese fundamentalen Bausteine wesentlich kleiner als heutige CMOS-Elemente sind“, erläutert die leitende Forscherin Heike Riel vom Rüschlikon-Labor. „Darüber hinaus erzeugt chemische Synthese völlig identische Moleküle, die im Prinzip Bausteine ohne Varianz sind. Dies erlaubt uns, ein bekanntes Problem zu umgehen, das CMOS-Elemente betrifft, wenn sie auf immer kleinere Dimensionen geschrumpft werden. Zusätzlich hoffen wir, noch weitere, bisher unbekannte Eigenschaften zu entdecken, die Silizium und verwandte Materialien nicht haben.“