Weg zu neuen Schaltkreisen: Keramik wirkt gleichzeitig als Leiter und Isolator

An oder Aus, Elektronen fließen oder werden blockiert: Auf diesen Vorgängen basiert jeder elektronische Schaltkreis, der heute aufwändig aus dem Halbleiter Silizium aufgebaut wird. Ein internationales Forscherteam fand nun eine spezielle Keramik, die bereits in sich sowohl leitende als auch isolierende Eigenschaften vereint.

London (Großbritannien)/Zürich (Schweiz) - Wie die Wissenschaftler in der Zeitschrift "Nature" schreiben, legt dieser Werkstoff die Grundlage für leistungsfähigere, dreidimensionale Chipstrukturen.

"Wir nutzen nicht einfache Elektronen, sondern größere Objekte, die aus Elektronen und daran gebundenen magnetischen Störungen bestehen", sagt Gabriel Aeppli vom London Centre for Nanotechnology. Das überraschende Leitungsverhalten dieser so genannten Polaronen analysierte Aeppli zusammen mit Kollegen aus der Schweiz und Japan. Atomgenaue Messungen mit einem Rastertunnelmikroskop zeigten, dass ein spezielles Manganoxid (La1.6Sr1.4Mn2O7) die gekoppelten Ladungsträger entlang der Fläche gut leitete, aber senkrecht dazu als perfekter Isolator wirkte. Mit äußeren Magnetfeldern lässt sich dieses Verhalten sogar manipulieren, so dass die Keramik elegant zwischen leitend und isolierend hin und her geschaltet werden kann.

Von einem ersten Chip, der mit Polaronen statt mit Elektronen zwischen digitalen Nullen und Einsen schaltet, sind die Wissenschaftler allerdings noch weit entfernt. Doch denken sie in erster Linie an dreidimensionale Chipstrukturen, die auf diesem Material aufbauen könnten. Denn bei den klassischen Halbleiter-Materialien stört ein so genannter Leckstrom zwischen vertikal aufgeschichteten Schaltkreisen. Mit der gleichzeitig leitenden und isolierenden Manganoxid-Keramik soll eine nur wenige Atomlagen dünne Trennschicht ausreichen, um die Chipstrukturen in der Senkrechten elektronisch voneinander zu trennen.