Einzelatom-Schaltung

Von der Kaffeemaschine bis zum Grossrechner – Mikrochips sind in praktisch jedem technischen Gerät zu finden. Die Chips wurden in den letzten Jahren zwar kleiner und schneller, doch mittlerweile stösst die Miniaturisierung an ihre Grenzen. Forschende des Zentrums für Einzelatom-Elektronik und -Photonik tüfteln deshalb an einem völlig neuartigen Mikrochip auf atomarer Basis.

Der Transistor ist ein unscheinbares, aber ein mächtiges elektrischen Bauteil: Milliarden dieser Halbleiter-Bauelemente, die Strom steuern, schalten oder verstärken, befinden sich auf einem Mikrochip. Die Transistoren leisten die eigentliche Rechenarbeit auf unseren digitalen Geräten. Und sie haben mittlerweile ein Problem: Sie verbrauchen bei der Informationsverarbeitung derart viel Energie, dass über zehn Prozent des weltweiten Strombedarfs von Industrieländern in die Datenkommunikation und -verarbeitung fliessen.

Forschende um Jürg Leuthold und Mathieu Luisier von der ETH Zürich und Thomas Schimmel vom Karlsruher Institut für Technologie arbeiten an einer Lösung dieses Problems. Sie entwickeln einen winzigen, verblüffend sparsamen Einzelatom-Transistor, mit dem sich der Energieverbrauch von Computern massiv senken lässt. Der Clou: Statt wie bisher durch Elektronen erfolgt die Schaltung auf dem Mikrochip der Zukunft auf der Basis einzelner Atome oder Ionen. 

Das von der Werner Siemens-Stiftung seit 2017 unterstützte Projekt ist auf gutem Weg: Bereits ist der Energieverbrauch des Einzelatom-Schalters im Labor 10 000-mal geringer als jener der heutigen Silizium-Halbleitertechnologie. Auch dank der Verwendung von Zinn als neuartigem Baustoff für die Elektroden. Nun geht es darum, diese revolutionäre Erfindung praxistauglich zu machen. Geklärt werden muss dafür insbesondere die Frage, wie sich Einzelatom-Transistoren im grossen Stil miteinander verschalten lassen.