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Geschäftsbericht 2014

Energie I Erde und Umwelt I Gesundheit I Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr I Schlüsseltechnologien I Struktur der Materie 31 und Nanopartikeln erschließen. Neue Prozesstechniken zu ihrer Herstellung und Strukturierung sollen es ermöglichen, Nanoma- terialien mit gezielt eingestellten Eigenschaften herzustellen. Advanced Engineering Materials Im Fokus steht die Entwicklung maßgeschneiderter Leicht- baulegierungen und Prozesstechnologien für unterschied­ lichste Anwendungsfelder, wie zum Beispiel Extrem-Leichtbau, hitzebeständige Hochleistungsbauteile sowie medizinische Implantate. Neuartige funktionalisierte Materialien kommen insbesondere in Membrantechnologien für die CO2-Abtrennung und Wasserreinigung sowie in der Wasserstoffproduktion und -speicherung zum Einsatz. BioSoft: Fundamentals for future Technologies in the fields of Soft Matter and Life Sciences Die Eigenschaften und Wechselwirkungen der zugrunde liegenden Moleküle bestimmen auch die Eigenschaften und Computer, Sensoren oder Energiewandler, die nur wenig Energie verbrauchen: Mit so genannten redox-basierten resis- tiven Speichern, kurz ReRAM, könnte dieses Ziel erreicht wer- den. Rainer Waser erforscht und entwickelt die winzig kleinen, schnellen und energiesparsamen elektronischen Bauteile am Forschungszentrum Jülich und an der RWTH Aachen. In herkömmlichen Datenspeichern werden Elektronen ver- schoben und gespeichert. Doch die Elementarteilchen las- sen sich nur mit großem Aufwand „bändigen“, damit die Informationen nicht verloren gehen. Das beschränkt nicht nur Speicherdichte und Geschwindigkeit – diese Art des Speicherns verbraucht auch viel Energie. Wissenschaftler forschen deshalb weltweit an nanoelektronischen Bau- teilen, die geladene Atome – Ionen – zum Speichern von Daten nutzen. Ionen sind einige tausend Mal schwerer als Elektronen und lassen sich viel besser festhalten. Das bringt für einzelne Speicherelemente enorme Vorteile: Sie lassen sich auf beinahe atomare Dimensionen verkleinern und besitzen eine enorme Speicherdichte. In ReRAM-Speicherzellen verhalten sich Ionen ähnlich wie in einer Batterie: Die Zellen enthalten eine sehr dünne DATENSPEICHER DER ZUKUNFT: ENERGIESPAREND UND LEISTUNGSSTARK Metalloxidschicht von wenigen Nanometern zwischen zwei Elektroden. Durch Spannungspulse werden die Ionen im Metalloxid verschoben und bewirken dort Redox-Prozesse. Die Folge: Der elektrische Widerstand ändert sich, das lässt sich für die Speicherung von Daten nutzen. Die ge- speicherten Informationen bleiben auch dann erhalten, wenn kein Strom fließt. Gleichzeitig lassen sich ReRAM- Speicherelemente tausendmal schneller schalten und benötigen tausendmal weniger Energie als die Elemente heutiger Speicher. Das physikalische Phänomen, das den resistiven Zellen zu- grunde liegt, wurde bereits in den 1960er Jahren entdeckt, konnte zunächst aber nicht im Detail entschlüsselt werden. Wasers Arbeitsgruppe gelang es im Jahre 2006, den Mecha- nismus aufzudecken: Der elektrische Widerstand einer Me- talloxidschicht ändert sich sprunghaft und reversibel, wenn man kurzzeitig eine Spannung anlegt. Die Entwicklung von ReRAMs avancierte in den vergangenen Jahren zu einem der Megatrends in der Nanoelektronik. Rainer Waser und seine Mitarbeiter kooperieren heute unter anderem mit den Firmen Intel, Hewlett-Packard, Samsung und Toshiba. Weitere Beispiele aus diesem Forschungsbereich g Forschungszentrum Jülich Rainer Waser entwickelt besonders kleine und spar- same Datenspeicher. Bild: Forschungszentrum Jülich Energie I Erde und Umwelt I Gesundheit I Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr I Schlüsseltechnologien I Struktur der Materie

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