Metalloxid-Cluster für die Rechner der Zukunft

Der Parlamentarische Staatssekretär im Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Thomas Rachel MdB, hat im Forschungszentrum Jülich das neu eingerichtete Oxid-Cluster eingeweiht. Das neue Labor im Peter Grünberg Institut bietet einzigartige Möglichkeiten zur Erforschung elektronischer Materialien für eine neuartige Generation von Datenspeichern und Prozessoren. Drei Jahre lang hat die Jülicher Projektleiterin Prof. Regina Dittmann den Aufbau koordiniert, insgesamt rund 3,7 Millionen Euro sind in den Aufbau des Oxid-Clusters geflossen, darunter 940.000 Euro Sonderförderung des BMBF.

"Die Anforderungen an Computerprozessoren und Datenspeicher werden immer komplexer, gleichzeitig darf der Energieverbrauch nicht unverhältnismäßig in die Höhe schnellen. Mit dem Oxid-Cluster werden die Jülicher Forscher daran arbeiten, beide Herausforderungen gemeinsam zu lösen", sagte Forschungsstaatssekretär Thomas Rachel.

Metalloxide verfügen über besondere elektronische und magnetische Eigenschaften. Einige dieser komplexen Sauerstoff-Verbindungen weisen etwa den interessanten Effekt auf, dass sich ihr elektrischer Widerstand durch eine einmal angelegte Spannung dauerhaft erhöht oder verringert. Diese sogenannten memristiven Materialzustände lassen sich als Miniatur-Schalter für elektrische Bauelemente nutzen - und gelten daher als mögliche Nachfolger von herkömmlichen Halbleiter-Transistoren aus Silizium. Neben "0" und "1" könnten die neuartigen Bauteile auch Zwischenzustände verarbeiten. Damit wären sie perfekt geeignet zum Aufbau lernfähiger Systeme nach dem Vorbild biologischer Synapsen im menschlichen Gehirn.

Was auf der Nanoskala solcher neuartigen Bauteile auf der Basis von Metalloxiden passiert, ist bisher nur zum Teil verstanden. Der Einsatz des Oxid-Clusters wird es den Forschern des Peter Grünberg Instituts ermöglichen, fundamentale Fragestellungen zu klären und wichtige Erkenntnisse zu gewinnen, mit denen sich die Herstellungsprozesse und der Aufbau zukünftiger Logik- und Speicherelemente auf der Basis von Metalloxiden optimieren lassen.

In dem neuen Labor können die Wissenschaftler die empfindlichen Oxid-Schichten unter anderem erstmals während des Wachstums und unmittelbar nach verschiedenen Schaltvorgängen untersuchen. Der Kontakt mit Luft würde das Material sofort beeinträchtigen. Im Oxid-Cluster sind verschiedene Beschichtungsplätze daher durch fest verschraubte Rohre mit Mikroskopen und Spektroskopen verbunden. So können die empfindlichen Schichten auf Schlitten im Ultrahochvakuum vom Ort ihrer Herstellung zur Mess- oder Beobachtungsstation transportiert werden.

Dies ist jedoch nur eines von vielen Einsatzgebieten des Oxid-Clusters. Andere Forschungsschwerpunkte beschäftigen sich mit Materialien für die Energietechnik, beispielsweise Brennstoffzellen, für die Sensorik oder für die Katalyse.

Quelle: Forschungszentrum Jülich