Neue organische Kristalle als Datenspeicher

Evanston (USA) – Komplexe organische Moleküle könnten in Zukunft die Rolle von Silizium in einfachen Computerchips übernehmen und so Strom sparen. Diesen Weg verfolgt ein Forscherteam, das ein sogenanntes Ferroelektrikum entwickelt hat, dessen Polarisation sich durch Spannungspulse bereits bei Raumtemperatur schalten lässt. Ähnliche Materialien zeigen diese Eigenschaften bisher nur tiefgekühlt unter minus 200 Grad Celsius. Zudem ordnen sich die neuen Molekülkomplexe völlig selbstständig zusammen, berichten die Wissenschaftler in der Zeitschrift „Nature“.

Dünne, stäbchenförmige Kristalle unter dem Mikroskop
Kristalle aus organischen Molekülen

„Unsere Entdeckung könnte immense Auswirkungen auf die Erforschung von organischer Elektronik und Speichertechnologien haben“, sagt Alok Tayi von der Northwestern University in Evanston in den USA. Denn die bei etwa 23 Grad schaltbare und stabile Ausrichtung der elektrischen Ladung in dem neuen Material lässt sich zum Speichern digitaler Daten und auch bei der Entwicklung von empfindlichen Sensoren nutzen. Zusammen mit seinen Kollegen verteilte Tayi daher spezielle organische Moleküle wie Quinone und Fulvalene in einem Lösungsmittel. In diesem ordneten sie sich selbstständig – unter Ausbildung von Wasserstoffbrückenbindungen – zu größeren kristallinen Komplexen mit den gewünschten ferroelektrischen Eigenschaften an.

Zur Überprüfung der elektrischen Eigenschaften schickten die Forscher über winzige Goldelektroden kleine Spannungspulse von bis zu zehn Volt durch die Molekülkomplexe. Dadurch ließ sich die Polarisation des Materials auch bei Raumtemperatur kontrollieren. Verantwortlich dafür war die parallele Anordnung von Molekülarealen, die einerseits gerne Elektronen aufnehmen und andererseits diese Elektronen zur Verfügung stellten.

Molekülstruktur aus verschiedenen Ringen und Kettern, die sich zu einem Kristallgitter anordnen.
Molekülstruktur

Für den Bau von Sensoren und Schaltkreisen ist es allerdings noch zu früh. Denn sowohl die Haltbarkeit als auch das Schaltverhalten der organischen Materialien müssen noch im Detail untersucht werden. „Aber die finanzielle Bedeutung von ferroelektrischen Speichern könnte enorm sein“, sagt Tayi. Ein nichtflüchtiger Speicher, der zugleich aus günstigen Molekülen besteht, ließe sich ohne permanent angelegte Spannung betreiben und so den Strombedarf signifikant senken.