Weltweit erster atomarer Transistor entwickelt

"Der Einzelatom-Transistor funktioniert durch die kontrollierte Umlagerung eines einzigen Silberatoms", erklärt Professor Dr. Thomas Schimmel. Er ist mit seiner Arbeitsgruppe am DFG-Centrum für Funktionelle Nanostrukturen (CFN) der Universität und am Forschungszentrum Karlsruhe beteiligt. "Bei der Entwicklung haben wir einen weltweit neuen Ansatz realisiert."

Das Bauteil funktioniert wie ein Schalter, durch den ein elektrischer Stromkreis geöffnet und geschlossen werden kann: Auf zwei Metallelektroden, zwischen denen eine winzige Lücke den Stromkreis unterbricht, wird so lange Silber abgeschieden, bis ein einzelnes Silberatom die beiden Pole verbindet. Dadurch wird der Stromkreis geschlossen und Strom fließt. Schimmel: "Dieses Atom lassen wir hin- und herklappen, sodass der Stromkreis entweder geöffnet oder geschlossen ist." Der Zustand des "klappbaren Atoms" wird über eine unabhängige dritte Elektrode kontrolliert. Wie bei einem konventionellen Transistor kann so der Strom zwischen zwei Elektroden durch eine von außen angelegte Steuerspannung ein- und ausgeschaltet werden.

Da das Brücken-Atom das einzige bewegliche Teil des Einzelatom-Transistors ist, könnte er im Vergleich zu herkömmlichen Technologien auch bei extrem hohen Frequenzen arbeiten. Darüber hinaus lassen sich atomare Transistoren laut Schimmel bereits mit einer Spannung von wenigen Millivolt schalten, was den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Transistoren auf Halbleiterbasis deutlich senken würde. Schimmel: "Entscheidend aber ist, dass sich zwischen dieser „atomaren Elektronik“ einerseits und der Makrowelt mit konventioneller Elektronik andererseits ganz einfach Schnittstellen einrichten lassen." So können mit dem Strom, der durch ein einzelnes Transistor-Atom fließt, über einen konventionellen Operationsverstärker mühelos elektrische Geräte geschaltet werden. Die Entwicklung eröffnet als erster Transistor auf der Skala einzelner Atome faszinierende Perspektiven in Richtung atomarer Elektronik und maßgeschneiderter quantenelektronischer Systeme ("Quantum System Engineering") bei Raumtemperatur. (Detlef Scholz)