Mikrochips: Kohlenstoff-Nanoröhren besser als herkömmliche Metalle

"Unsere Arbeit zeigt, dass Kohlenstoff-Nanoröhren in ihrer metallischen Form andere thermische und elektrische Eigenschaften haben als normale Leiter", sagt Jean-Pierre Leburton, Professor für Elektro- und Computertechnik in Illinois. Die Temperatur beeinflusst die Stromleitung nicht, so die Erkenntnis. Das ist gerade für Mikrochips sehr interessant, da dort unerwünschte Effekte reduziert werden könnten.

Bei metallischen Kohlenstoff-Nanoröhren tritt der thermoelektrische Effekt nicht auf. "Das ist eine fundamentale Eigenschaft von Leitern, dass ein Strom aufgrund einer Temperaturdifferenz zwischen zwei Kontaktpunkten fließt", erläutert Leburton. Strom fließt durch Temperaturunterschiede also praktisch so wie aufgrund einer angelegten Spannung. Bei den Nanoröhren ist das anders. "Das ist ein Metall, das sich nicht wie ein normales Metall verhält", meint daher Leburton. Temperaturunterschiede führen nämlich nicht dazu, dass Strom fließt. Das ist dem Wissenschaftler zufolge eine fundamentale Eigenschaft der metallischen Kohlenstoff-Nanoröhren, die in ihrer speziellen Struktur begründet liegt.

Die Forscher haben beobachtet, dass sich in den metallischen Kohlenstoff-Nanoröhren im Gegensatz zu normalen Leitern alle Elektronen gleich schnell bewegen. Außerdem bleibt die Elektronen-Geschwindigkeit durch Erhitzen unbeeinflusst. "Das bedeutet, dass die metallischen Kohlenstoff-Nanoröhren geringeren Widerstand bieten als andere metallische Leiter", betont Leburton. Das macht sie insbesondere für Mikrochips interessant. "In hochdichten Schaltkreisen würden Verbindungen aus metallischen Kohlenstoff-Nanoröhren hitzebedingte Verluste reduzieren und weniger Kühlung erfordern als Kupfer-Nanodrähte", erklärt der Wissenschaftler.

Die Arbeit des Teams aus Illinois baut auf frühere theoretische Überlegungen der Forscher auf und passt zu theoretischen Vorhersagen, die im Vorjahr am Rensselaer Polytechnic Institute gemacht wurden. Das bessere Verständnis der ungewöhnlichen Leiteigenschaften soll helfen, diese auch wirklich in der Praxis nutzbar zu machen.

Prozessoren werden aus Silizium gefertigt – noch. In den Forschungslabors tüfteln die Hersteller bereits an CPUs mit Kohlenstoffröhrchen und Transistoren aus Molekülen. Erste funktionierende Muster gibt es bereits. Welche neuen Möglichkeiten sich bei Prozessoren durch den Einsatz von Kohlenstoffröhrchen und Molekülen bieten, informiert der TecChannel-Artikel: Coole Nano-CPUs mit Molekültransistoren. (pte/hal)