Rekord: Vier Atome breite Leiterbahnen

Sydney (Australien) – Nur ein Atom dick und vier Atome breit – so winzig sind die elektrischen Leiterbahnen, die Forscher auf Silizium aufgetragen haben. Zur Überraschung der Wissenschaftler zeigen die Nanoleiter elektrische Eigenschaften wie gewöhnliche Kupferdrähte – ihre Leitfähigkeit wird nicht, wie ursprünglich erwartet, durch Quanteneffekte behindert. Gute Aussichten also für die Elektronik-Industrie: Eine Grenze für die Verkleinerung elektronischer Schaltkreise bis hinab in die atomare Ebene ist nicht in Sicht.

Mikroskop-Aufnahme der Leiterbahn, die sich gelb von einem dunkelblauen Untergrund abhebt, an Anfang und Ende sind zwei Phosphorinseln zu sehen.
Nano-Leiterbahn

„Diese atomaren Drähte ebnen den Weg für Schaltelemente aus einzelnen Atomen sowohl für die klassische als auch für die Quanten-Informationsverarbeitung“, betonen Bent Weber von der University of New South Wales in Sydney und seine Kollegen, die im Fachblatt Science über ihre Experimente berichten. Mithilfe der Spitze eines Rastertunnelmikroskops haben die Wissenschaftler eine Leiterbahn aus Phosphor Atom für Atom auf dem einkristallinen Silizium aufgetragen. „Die Technik erlaubt es nicht nur, individuelle Atome sichtbar zu machen, sondern auch, diese zu manipulieren und sie an die gewünschte Position zu bringen.“

Die so aufgebauten Nanodrähte haben einen erstaunlich niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, eine Stromtragfähigkeit wie Kupfer und folgen dem Ohm’schen Gesetz. Das ist bemerkenswert, da bei der Verkleinerung elektronischer Schaltkreise bislang ein Ansteigen des spezifischen Widerstands der immer dünneren Leiterbahnen beobachtet worden ist. Beim Übergang in die atomare Größenordnung hatten die Forscher zudem erwartet, dass Quanteneffekte eine zunehmende Rolle spielen und die klassischen elektrischen Gesetze außer Kraft setzen.

Gemäß dem Mooreschen Gesetz verdoppelt sich die Komplexität integrierter Schaltkreise alle anderthalb bis zwei Jahre. Da höhere Komplexität mehr elektronische Bauteile pro Fläche bedeutet, muss entsprechend die Größe dieser Bauteile ständig abnehmen. Die Arbeit von Weber und seinen Kollegen zeigt nun, dass diese Entwicklung vorerst noch nicht an eine Grenze stößt – eine Verkleinerung der Schaltkreise bis hinab auf die atomare Ebene scheint ohne Einbußen in der Funktionalität möglich zu sein.