Molekularer Speicher

News: Molekularer Speicher

Noch speichern die meisten RAM in herkömmlichen Computern Informationen in Form elektrischer Ladungen. Jedoch kommt bei den immer kleiner werdenden Speichermodulen langsam eine physikalische Grenze in Sicht, ab der das gewohnte Prinzip nicht mehr funktioniert. Deshalb suchen Wissenschaftler nach Alternativen, und ein aromatisches Molekül scheint dabei nun recht viel versprechende Möglichkeiten zu offerieren.

Thorsten Krome

Es ist kaum zu glauben, welche Fortschritte die Elektronik in den letzten Jahrzehnten gemacht hat. So lösten zwar schon die ersten elektrischen Computer mit unzähligen Röhren und einem immensen Energieverbrauch Rechenaufgaben schneller als der Mensch, der richtige Durchbruch kam aber erst, als John Bardeen, Walter Brattain und William Shockley Ende der vierziger Jahre den Transistor erfanden und sämtliche elektronischen Geräte in den Folgejahren zusehends schrumpften. Alsbald ließ sich die Leistung der einst Häuser-füllenden Großrechner auf viel kleineren Geräten erreichen – und heute vermag manche Armbanduhr mehr Operationen pro Sekunde durchführen als die Museumsstücke.

Mit kleiner werdenden Strukturen rückt aber auch eine physikalische Grenze näher, die für den elektronischen Schalter das Aus bedeuten könnte. Denn ab einer bestimmten Größe gehen den Halbleitern, aus denen die Transistoren im Allgemeinen bestehen, die Elektronen aus. Nun lässt sich zwar theoretisch noch mit einem einzigen Elektron ein Schaltelement verwirklichen – entsprechende Experimente wurden bereits durchgeführt –, Wissenschaftler suchen jedoch auch nach Alternativen.

Nun gelang es Mark Reed von der Yale University zusammen mit Kollegen von der Rice University, einen elektronischen Schalter auf Basis eines aromatischen Moleküls zu entwickeln. Dazu schlossen sie eine Lage, bestehend aus etwa tausend Exemplaren der stabförmigen Kohlenstoffverbindung, zwischen zwei Goldelektroden ein. Zunächst leitete dieses Sandwich den Strom nicht sonderlich gut. Nachdem aber ein kurzer Spannungspuls an die Elektroden angelegt wurde, verbesserte sich die Leitfähigkeit des Schichtpakets deutlich. Offenbar veränderte sich die elektronische Struktur der Moleküle etwas, sodass sie besser leiteten – den genauen Mechanismus untersuchen die Forscher jedoch noch.

Jedenfalls ließ sich der Effekt auch rückgängig machen. Denn legten die Wissenschaftler kurzeitig eine Spannung entgegengesetzen Vorzeichens an, so schaltete die Schicht wieder in ihren schlechter leitenden Zustand. Auf diese Weise ließ sich leicht ein einfaches Speicherelement verwirklichen, dessen Leitfähigkeit – gut oder schlecht – die Information Null oder Eins eines Bits repräsentierte.

Dabei blieb diese Information mit etwa zehn Minuten auch lange genug erhalten, um sie entsprechend nutzen zu können. Herkömmliche so genannte dynamische RAMs müssen in viel kürzeren Intervallen wieder neu aufgeladen werden, da ihre Kondensatoren sonst die elektrische Ladung und damit ihr Gedächtnis verlieren.

Schließlich steckt in der Molekülschicht der Wissenschaftler viel größeres Potenzial, denn noch schalten ungefähr tausend Moleküle auf einem Durchmesser von etwa 30 bis 50 Nanometern. Das ist zwar schon deutlich kleiner als die aktive Region eines herkömmlichen Transistors, ließe sich aber weiter verbessern. Denn letztendlich ist es auch denkbar, ein einziges Molekül für den Schaltvorgang zu nutzen. Bis es jedoch soweit ist und einzelne Moleküle je ein Bit codieren, müssen die Forscher so manche technische Hürde nehmen. Denn auch hierbei muss die Langzeitstabilität des Bits gewährleistet und die Zugriffszeit kurz sein.