IBM lässt Molekül schalten

IBM hat im Forschungslabor Rüschlikon vorgeführt, dass ein einzelnes Molekül zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen wie an/aus schalten kann. Damit lassen sich laut den Forschern mit einem einzelnen Molekül bereits Daten speichern.

Die Experimente zeigen laut den Rüschlikon-Forschern, dass bestimmte Molekültypen intrinsische Eigenschaften haben, die vergleichbar mit Baukomponenten in der heutigen Halbleitertechnologie sind. Dieses Ergebnis sei ein viel versprechender Weg in Richtung neuartige Technologien für die Post-CMOS-Ära.

In der Ausgabe der Zeitschrift SMALL vom 4. 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 sei Teil der Arbeit der Forscher, Moleküle auf ihre Eigenschaft und Nutzbarkeit zu untersuchen als mögliche künftige Bausteine für Speicher- und Logikanwendungen. Die Dimension eines einzelnen Moleküls liegt dabei in der Größenordnung von einem Nanometer. Somit liegt Molekularelektronik in der Strukturgröße weit unterhalb der aktuellen Silizium-Technologie von 65 nm.

Speicheroperation: Die blaue Linie zeigt das Schreib-, Lese- und Löschimpulsmuster, die rote Linie das resultierende Schalten zwischen "aus" und "an" im molekularen System. Ein Schreibimpuls von +1,6 V wird angelegt und das Molekül schaltet in den "an"-Zustand. Dieser Zustand lässt sich durch eine Spannung von +1,1V auslesen. (Quelle: IBM)
Speicheroperation: Die blaue Linie zeigt das Schreib-, Lese- und Löschimpulsmuster, die rote Linie das resultierende Schalten zwischen "aus" und "an" im molekularen System. Ein Schreibimpuls von +1,6 V wird angelegt und das Molekül schaltet in den "an"-Zustand. Dieser Zustand lässt sich durch eine Spannung von +1,1V auslesen. (Quelle: IBM)

Durch die Anwendung von Spannungspulsen bei einem Molekül kann es laut den IBM-Forschern steuerbar zwischen den Zuständen "an" und "aus" hin und her geschaltet werden. Darüber hinaus seien beide Ladungszustände stabil und ermöglichen ein zerstörungsfreies Auslesen des Bit-Status - eine Voraussetzung für nicht-flüchtige Speicheroperationen. Die IBM Forscher haben dies durch wiederholte Schreib-Lese-Lösch-Lese-Zyklen nachgewiesen. Mit diesem Einzel-Molekül-Speicherelement haben Riel und Lörtscher laut IBM mehr als 500 Schaltzyklen und Schaltzeiten im Mikrosekundenbereich zeigen können.