Science-Top-Ten 2001Der wissenschaftliche Durchbruch des Jahres: Nanoelektronik

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Nach Stammzellen und Humangenomprojekt landet dieses Jahr ein physikalisch-technisches Thema auf Platz eins der Science-Top-Ten: die Nanoelektronik. Unangefochten führt sie die von der Science-Redaktion zusammengestellen Liste der wichtigsten wissenschaftlichen Fortschritte an.

Antje Findeklee

Nanoelektronik heißt das Schlagwort des Jahres. Denn nach jahrzehntelanger Forschung gelang es Wissenschaftlern 2001 erstmals, Bauteile in molekularem Maßstab zu Schaltkreisen zu verknüpfen. Zwar beherbergen normale Computerchips schon heute etwa 40 Millionen Transistoren auf der Fläche einer Briefmarke. Moleküle jedoch sind noch um den Faktor 60 000 kleiner.

Ende der neunziger Jahre gelang es, molekulare Dioden herzustellen, 1999 präsentierten Forscher einen ersten einfachen molekularen Schalter. Im Laufe des Jahres 2000 konstruierten Forscher eine ganze Reihe von elektronischen Bausteinen im Molekülformat – nur mit dem Verbinden zu einem Schaltkreis haperte es noch.

Im Januar 2001 war es dann so weit: Charles Lieber und sein Team von der Harvard University konnten Nanodrähte so anordnen, dass sie miteinander kommunizierten. Damit war zwar noch kein richtiger Schaltkreis geschaffen, aber der erste Schritt war getan. Im April berichteten James Heath und seine Kollegen von der University of California in Los Angeles auf einer Tagung der American Chemical Society, dass sie Leiterbahnen aus Halbleitern herstellen konnten.

Phaedon Avouris und seine Mitarbeiter von IBM schließlich stellten einen Schaltkreis aus einem Nanoröhrchen her, das wie ein Inverter funktionierte – ein grundlegendes Bauteil für kompliziertere Anordnungen. Und es hatte noch einen weiteren Vorteil: Es konnte den eingespeisten Strom verstärken, wodurch es möglich wird, Signale gleichzeitig durch mehrere nachfolgende Schaltkreise zu schicken.

Forschern um Cees Dekker von der Delft University of Technology gelang es schließlich, das Ausgangssignal um den Faktor zehn zu verstärken. Auch sie arbeiteten mit Kohlenstoffnanoröhrchen. Das Team um Lieber präsentierte einen ähnlichen Fortschritt, wobei ihre Nanodrähte aus Silicium und Galliumnitrid bestanden. Und Jan Hendrik Schön von den Bell Laboratories der Lucent Technologies schuf Transistor-Schaltkreise aus organischen Molekülen, die sich zwischen Goldelektronen selbst anordneten.

Molekulare Bauteile und Schaltkreise sehen in eine glänzende Zukunft. Bis sie allerdings herkömmliche Chips auf Siliciumbasis verdrängen, wird sicherlich noch einige Zeit vergehen, denn dafür ist eine grundlegende Umstellung in der Fabrikation erforderlich. Da Entwickler von Siliciumchips jedoch immer häufiger an ihre Grenzen stoßen, wird sich die Forschung im Nanoelektronikbereich sicherlich noch weiter intensivieren.

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