Molekulare Schaltkreise: Einzelnes Molekül arbeitet als Diode

Nur ein einziges Molekül schaltet kontrolliert elektrischen Strom. Dieser Schritt zu milliardstel Meter kleinen Schaltkreisen der Zukunft gelang einem amerikanisch-russischen Forscherteam an der University of South Florida in Tampa.

Tampa (USA) - Das Experiment, über das die Wissenschaftler in Kürze im Fachblatt "Physical Review Letters" berichten, zeigt einen Weg auf, wie Computerchips nach dem Ausreizen der heutigen Siliziumtechnologie aufgebaut sein könnten.

"Molekulare Dioden könnten tausendmal kleiner sein als die Schaltkreise, die sich heute auf Computerchips finden", sagt Ivan Oleynik. Für seine Nanometer kleine Gleichrichter-Diode griffen die Forscher auf ein organisches Molekül mit Schwefelanteilen zurück. Durch den asymmetrischen Aufbau mit zwei Seitengruppen, Thiophen und Thiazol, wandern schaltende Elektronen durch das Molekül kontrolliert nur in eine Richtung. Der Rückweg ist ihnen versperrt. Das ist die grundlegende Eigenschaft für das einfachste, verwendete Schaltelement, der Diode.

Noch in den 1930er Jahren konnten nur handgroße Vakuumröhren genau dieses Schaltverhalten aufweisen, heute übernehmen es bis zu 65 Nanometer kleine Strukturen aus dem Halbleiter Silizium. Obwohl vor wenigen Wochen die Chipforscher des US-Konzerns IBM zeigen konnten, dass sich mit verfügbarer Technik noch Schaltkreise mit nur 29,9 Nanometer kleinen Strukturen herstellen lassen, stößt im kommenden Jahrzehnt die Siliziumtechnologie an ihre Grenzen.

Viele Materialien, vom Nanoröhrchen aus Kohlenstoff bis zum so genannten Quantenpunkt aus Verbindungshalbleitern, werden derzeit auf ihre Schaltfähigkeiten getestet. Doch kleiner als mit einzelnen, teilweise organischen Molekülen wird es in Zukunft kaum möglich sein, zuverlässige Chipstrukturen aufzubauen. "Molekulare Elektronik ist eine wichtige Alternative, um die ultimative Grenze der Miniaturisierung zu erreichen", sagt Oleynik. "Nur ein Molekül pro Transistor, Diode oder Schalter."