IBM entwickelt Molekülcomputer

Forscher im Rüschlikon-Forschungslabor von IBM haben vorgeführt, dass ein einzelnes Molekül zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen wie an/aus hin und hergeschaltet werden kann. Damit kann man mit einem einzelnen Molekül bereits Daten speichern. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift „Small“ vorgestellt.

Die Experimente zeigen, dass bestimmte Molekültypen intrinsische Eigenschaften haben, die vergleichbar mit Baukomponenten in der heutigen Halbleitertechnologie sind. Dieses Ergebnis bestärkt die Forscher darin, neuartige Technologien für die Post-CMOS-Ära (CMOS – Complementary Metal Oxide Semiconductor) zu entdecken.

In der Ausgabe der Zeitschrift von August berichten die IBM-Forscher Heike Riel und Emanuel Lörtscher von einem Schalter und Speicherelement, bestehend aus einem einzelnen Molekül. Unter Nutzung einer mechanischen Methode konnten sie einen elektrischen Kontakt zu einem einzelnen Molekül schaffen, um eine umkehrbare und steuerbare Schaltung zwischen zwei Ladungszuständen zu schaffen.

Diese Untersuchung ist Teil der Arbeit der Forscher, Moleküle auf ihre Eigenschaft und Nutzbarkeit zu untersuchen als mögliche künftige Bausteine für Speicher -und Logikanwendungen. Mit der Dimension eines einzelnen Moleküls in der Größenordnung von einem Nanometer (ein Millionstel eines Millimeters), stellt Molekularelektronik die ultimative Grenze der Miniaturisierungsmöglichkeit dar, weit jenseits der heutigen Silizium-basierten Technologie.

Die Ergebnisse zeigen, dass diese Moleküle Eigenschaften aufweisen, die dazu verwendet werden können, die gleichen logischen Operationen durchzuführen, wie sie in heutiger Informationstechnologie verwendet werden. Durch die Anwendung von Spannungspulsen bei einem Molekül kann es steuerbar zwischen den Zuständen „an“ und „aus“ hin und her geschaltet werden. Diese entsprechen den „0“ und „1“-Zuständen, auf denen Datenspeicherung basiert. Darüber hinaus sind beide Ladungszustände stabil und ermöglichen ein zerstörungsfreies Auslesen des Bit-Status – eine Voraussetzung für nicht-flüchtige Speicheroperationen. Die Forscher haben dies durch wiederholte Schreib-Lese-Lösch-Lese-Zyklen nachgewiesen. Mit diesem Einzel-Molekül-Speicherelement haben Riel und Lörtscher mehr als 500 Schaltzyklen und Schaltzeiten im Mikrosekundenbereich zeigen können.