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Gold macht Computer schneller

18.05.2000 - (idw) Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen

Der Trend in der Halbleiterindustrie geht mit jeder neuen Chipgeneration zu immer kleineren und damit leistungsstärkeren elektronischen Schaltern. Jetzt bereitet die Nanotechnologie den Weg für einen qualitativen Sprung in die Miniaturisierung: Die kleinsten Schaltelemente könnten bald Goldatome sein.
Monika Bäumle und Norbert Beyer von der Universität-GH-Essen ist es gelungen, Gold-55-Cluster ("Klümpchen" aus 55 Goldatomen) als winzige Ein-Elektronen-Speicher in einer für den Bau von Computern wichtigen, regelmäßigen Weise zu ordnen. Sie könnten die Prototypen neuer Speicherchips sein. Für diese Entdeckung werden die beiden Chemiker mit dem Wissenschafts-preis 2000 ausgezeichnet. Der Industrie-Club Düsseldorf und das Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen verleihen den mit 20.000 Mark dotierten Förderpreis am 18. Mai 2000.


Prof. Dr. DLitt h.c. Gert Kaiser, Präsident des Wissenschaftszentrums Nordrhein-Westfalen (links), und Dr. Gustav Adolph von Halem, Vorsitzender des Industrie-Clubs Düsseldorf e.V verleihen M. Bäumle und N. Beyer (Mitte) den Wissenschaftspreis 2000. Gold macht Computer schneller

Der Trend in der Halbleiterindustrie geht mit jeder neuen Chipgeneration zu immer kleineren und damit leistungsstärkeren elektronischen Schaltern. Jetzt bereitet die Nanotechnologie den Weg für einen qualitativen Sprung in die Miniaturisierung: Die kleinsten Schaltelemente könnten bald Goldatome sein.
Monika Bäumle und Norbert Beyer von der Universität-GH-Essen ist es gelungen, Gold-55-Cluster ("Klümpchen" aus 55 Goldatomen) als winzige Ein-Elektronen-Speicher in einer für den Bau von Computern wichtigen, regelmäßigen Weise zu ordnen. Sie könnten die Prototypen neuer Speicherchips sein. Für diese Entdeckung werden die beiden Chemiker mit dem Wissenschafts-preis 2000 ausgezeichnet. Der Industrie-Club Düsseldorf und das Wissenschaftszentrum Nordrhein-Westfalen verleihen den mit 20.000 Mark dotierten Förderpreis am 18. Mai 2000.


Die Jury zeichnet Monika Bäumle und Norbert Beyer für ihre gemeinsame Forschungsarbeit "Geordnete zweidimensionale Monolagen von Au55-Clustern" aus. Den beiden Chemikern ist es gelungen, Kügelchen aus 55 Goldatomen in eine regelmäßige großflächige Struktur - kubisch bzw. hexagonal gepackt - zu bringen.
Normalerweise leitet Gold elektrischen Strom sehr gut. Doch je kleiner Ansammlungen von Gold werden, desto mehr verhalten sich diese so genannten Cluster wie elektrische Speicher. Sie können einzelne Elektronen aufnehmen und so lange speichern, bis eine elektrische Spannung sie wieder heraussaugt. Diese auch als Quantenpunkte bezeichneten Gebilde sind damit die idealen Anwärter für molekulare Schalter: Transistoren in Nanometer-Größe. Es gibt verschiedene Ansätze, Quantenpunkte zu erzeugen. Doch nur Goldcluster arbeiten schon bei Zimmertemperatur. Die bei anderen Quantenpunktsystemen aufwendige Kühlung entfällt.
Erst die regelmäßige Anordnung der Goldkügelchen und deren Fixierung macht sie zu denkbaren Prototypen neuartiger Computerspeicher. Nur dann sind sie einfach ansteuerbar und damit technisch zu nutzen. Diese Hürde haben die beiden Wissenschaftler nun in ihrer Arbeit genommen: Sie hielten eine mit einem Spezialkunststoff beschichtete leitfähige Unterlage in eine Lösung der Goldkügelchen und beobachteten unter dem Elektronenmikroskop, dass sich die Bällchen darauf wie Murmeln auf dem Boden einer Schachtel anordnen. Damit die Goldkügelchen nicht mit anderen Verwandten zu größeren Gebilden verkleben, ist jedes von ihnen mit einer dünnen Kunststoffhülle umgeben. Sie besteht aus vernetzten Säuremolekülen und wirkt auch als elektrische Isolation. Der Clou der Forschungsarbeit: Erst der geeignete Kunststoff der Unterlagenbeschichtung lässt die Moleküle der Schutzhülle mit dem Untergrund optimal reagieren. Die dabei entstehenden Bindungskräfte müssen einerseits so schwach sein, dass die Goldkügelchen so lange über die Oberfläche rollen können, bis sie durch Selbstorganisation ihren perfekten Platz im Raster gefunden haben. Andererseits muss die Bindung so fest sein, dass die Kügelchen nicht abgewaschen werden können.
Unterstützt wird die selbsttätige Platzsuche dadurch, dass der gefundene Trägerkunststoff offenbar genau passende molekülgroße Furchen aufweist, die die Goldteilchen bei ihrer Positionssuche leiten. Derart in Reih und Glied angeordnet, kann das Quantenpunktmuster über eine Nanoelektrode gezielt mit Elektronen beschrieben werden. Gelingt es, mit dieser Methode Speicherbausteine zu bauen, ist eine millionenfach höhere Speicherdichte bei Schaltzeiten zu erwarten, die um mehrere Größenordnungen unter den heutigen liegen.


Die Preisverleihung findet am 18. Mai 2000 ab 19.00 Uhr in einer festlichen Abendveranstaltung im Industrie-Club Düsseldorf statt. Nach einer Begrüßung durch den Vorsitzenden des Industrie-Clubs Düsseldorf, Dr. Gustav Adolph von Halem, den Präsidenten des Wissenschafts-zentrums NRW, Prof. Dr. DLitt h.c. Gert Kaiser, sowie den Staats-sekretär im Ministerium für Schule und Weiterbildung, Wissenschaft und Forschung, Dr. Wolfgang Lieb, stellen die Preisträger ihre Arbeit vor. Den Festakt beschließt ein Vortrag von Prof. Dr. Albrecht Wagner, Vorsitzender des Direktoriums des Deutschen Elektronen-Synchrotrons (DESY), Hamburg, zu dem Thema "Neugier: Grundlage der Innovation".


Der Wissenschaftspreis 2000 prämiert eine Forschungsarbeit aus der Nanotechnologie, die sich mit Verfahren für den Nanometerbereich beschäftigt. Er wird zum dritten Mal vergeben.

Mit dieser Auszeichnung werden jährlich wissenschaftliche Forschungsarbeiten in wechselnden Disziplinen geehrt, die dazu beitragen, die Lücke zwischen Grundlagenforschung und Innovation in der Anwendung zu schließen. Dass der Wissenschaftspreis seiner Zielsetzung gerecht wird, zeigt der Preisträger des letzten Jahres im Bereich Biowissenschaften, Dr. Oliver Müller vom Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie in Dortmund. Seine prämierte nichtinvasive Methode zur Früherkennung von Darmkrebs war die Basis für zwei Patentmeldungen. Ein DNA-Testkit kommt in Zusammenarbeit mit der Hildener Firma Qiagen noch im Jahr 2000 auf den Markt.


Ab Mai diesen Jahres läuft die Ausschreibung des Wissen-schaftspreises 2001 im Bereich der Materialwissenschaften. Es werden Forschungs-arbeiten aus Nordrhein-Westfalen gesucht, die sich mit Neuen Materialien, Vergütungen und Bearbeitungsverfahren beschäftigen.
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