Neues Zentrum für Einzelatom-Elektronik und -Photonik

  • 12. September 2017

Bauteile mit atomaren Dimensionen für Kommu­ni­kations­netz­werke der Zukunft.

Das Karlsruher Institut für Technologie und die ETH Zürich forschen künftig gemeinsam an neu­artigen inte­grierten Schalt­kreisen für Kommuni­kations­netz­werke, die sich durch ihre atomare Dimen­sion und ihre Energie­effi­zienz aus­zeichnen. Möglich wird dies durch eine Schenkung der schweize­rischen Werner-Siemens-Stiftung von zwölf Millionen Schweizer Franken, das sind etwa 10,5 Millionen Euro, für den Aufbau eines gemein­samen Zentrums für Einzel­atom-Elek­tronik und -Photonik.

Ein-Atom-Transistor

Abb.: Aufbau des Ein-Atom-Transistors, der 2004 als welt­weit erster Tran­sis­tor dieser Art von Thomas Schimmel und seinem Team ent­wickelt wurde. (Bild: T. Schimmel, KIT)

Die Menge an Daten, die weltweit über Kommunikationsnetzwerke ausge­tauscht wird, steigt immer weiter an. Das bedeutet auch, dass sämt­liche Netz­werk­kompo­nenten immer effi­zienter werden müssen. Zu diesen Kompo­nenten gehören Modula­toren, welche die Infor­mation, die zunächst in elek­trischer Form vor­liegt, in optische Signale um­wandeln. In Rechen­zentren werden solche Modula­toren zu Tausenden ver­baut. Diese haben aller­dings noch immer den Nach­teil, dass sie einige Zenti­meter Länge auf­weisen und in großer Zahl ein­ge­setzt viel Platz brauchen.

Die Forscher des KIT und der ETH Zürich wollen deshalb neu­artige inte­grierte Schalt­kreise ent­wickeln und erforschen, deren Bau­teile auf dem Niveau von ein­zelnen Atomen arbeiten, sich aber zugleich in die beste­hende indus­trielle CMOS-Techno­logie inte­grieren lassen. Dazu starten sie nun das Zentrum für Einzel­atom-Elek­tronik und -Photonik.

„Wir wollen am neuen Zentrum einen innovativen Forschungs­ansatz weiter­ver­folgen, welcher auf unseren neuesten Forschungs­resul­taten beruht. Die Resul­tate zeigen, dass Bau­teile mit atomaren Dimen­sionen nicht nur zuver­lässig funktio­nieren, sondern auch energie­effi­zienter sind“, sagt Koordi­nator Jürg Leut­hold von der ETH. „Mit dem neuen Zentrum haben wir nun das Werk­zeug an der Hand, die Grund­lagen­forschung zu ein­atomaren Schalt­elementen in indus­trielle Proto­typen und markt­fähige Produkte umzu­setzen“, freut sich Thomas Schimmel vom KIT, der im Jahre 2004 den welt­weit ersten Ein-Atom-Transistor ent­wickelte.

Die Forscher wollen nun im nächsten Schritt die neuen Bausteine für Logik und Speicher basie­rend auf den ersten Proto­typen weiter­ent­wickeln. In einem zweiten Schritt werden erste einfache Chips einer neuen Gene­ration von Bau­teilen auf atomarer Skala ent­wickelt. Dabei rechnen die Wissen­schaftler mit einer Größen­reduk­tion um den Faktor 100 bis 1000 und einer Energie­ein­sparung im selben Bereich gegenüber heutigen Metall-Oxid-Halb­leitern.

KIT / RK

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