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Der kleinste Transistor

Transistoren sind winzige Bauelemente eines jeden Computerchips. Bild: Karlsruher Institut für Technologie

Ob in Großrechnern oder Laptops, in Smartphones oder Flugzeugen: Zentrales Element der digitalen Datenverarbeitung ist der Transistor, der als Schalter, Regler oder Verstärker dient. Auf einem herkömmlichen USB-Speicherstick befinden sich beispielsweise mehrere Milliarden Transistoren.

Ein Forscherteam um den Nanotechnologie-Experten Thomas Schimmel, Professor am Institut für Angewandte Physik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), hat einen Einzelatomtransistor entwickelt, der künftig erheblich Energie einsparen könnte. „Mit diesem quantenelektronischen Element sind Schaltenergien möglich, die um einen Faktor 10.000 unter denen herkömmlicher Siliziumtechnologien liegen“, sagt der Physiker.

Für den Miniaturtransistor haben die Wissenschaftler zwei winzige Metallkontakte gefertigt, zwischen denen eine Lücke in der Breite eines einzigen Metallatoms besteht. „Über einen elektrischen Steuerimpuls schieben wir ein einziges Silberatom in diese Lücke – der Stromkreis ist geschlossen“, erklärt Thomas Schimmel. „Schieben wir das Silberatom wieder heraus, ist der Stromkreis unterbrochen.“ Der kleinste Transistor der Welt schaltet Strom somit über die kontrollierte Bewegung eines einzigen Atoms.

Dieser Ansatz der KIT-Forscher ist technologisch völlig neu: Der Transistor besteht ausschließlich aus Metall und kommt ohne Halbleiter aus. Die Folge sind extrem niedrige elektrische Spannungen und damit ein sehr geringer Energieverbrauch – ein großer Unterschied zu den bisherigen Transistoren. Der Einzelatomtransistor funktioniert erstmals in einem festen Elektrolyten: Der verwendete Gelelektrolyt verbindet die Vorteile eines Feststoffs mit den elektrochemischen Eigenschaften einer Flüssigkeit und verbessert damit sowohl die Sicherheit als auch die Handhabung des Einzelatomtransistors.

Anders als konventionelle quantenelektronische Bauteile funktioniert er nicht erst bei extrem tiefen Temperaturen, sondern bereits bei Raumtemperatur – ein weiterer entscheidender Vorteil für künftige Anwendungen.

25.01.2019 , Annette Doerfel
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