Physiker der <a href=http://www.berkeley.edu>Universität von Kalifornien in Berkeley</a> haben Computerchips simuliert, die aus Stabmagneten im Nanomaßstab anstatt aus elektronischen Elementen bestehen. Derartige Schaltkreise könnten nahe am Landauer-Limit, der theoretischen Untergrenze für den Energieverbrauch einer Rechenoperation, arbeiten.
Ein Computer aus Nanomagneten<% image name="JeffreyBokor" %>
<small><b>Schaltkreise aus Stabmagneten im Nanomaßstab</b> könnten wesentlich energiesparender Arbeiten als elektronische Chips. <i>Bild: University of California Berkeley, Bokor Lab</i></small>
1961 formulierte der Dienste von IBM forschende deutsch-amerikanische Physiker Rolf Landauer auf der Grundlage der Gesetze der Thermodynamik ein Prinzip, nachdem ein irreversibler Rechenschritt ein bestimmtes Minimum an Energie erfordert. In den heute gängigen Computern liegt der entsprechende Wert etwa 1-Million-mal so hoch, vor allem aufgrund von Verlustleistungen, die der elektrische Widerstand der Elektronenbewegung in den Schaltkreisen verursacht.
<b>Chips existieren vorerst nur virtuell</b>
Ein Forscherteam rund um Jeffrey Bokor, Professor für Elektrotechnik und Informatik in Berkeley, hat sich daher Rechenmaschinen angesehen, die auf gänzlich anderen physikalischen Prinzipien beruhen. Die Physiker simulierten Speicher- und Logikelemente, die aus Stabmagneten von 100 Nanometern Breite und 200 Nanometern Länge zusammengesetzt waren und konnten zeigen, dass durch die Interaktion derartiger Bausteine tatsächlich die Funktion eines Transistors erzielt werden kann. Die für eine Operation verbrauchte Energie liegt dabei sehr nahe an der theoretischen Untergrenze.
Von einer technischen Realisierung sind derartige Nanomagnet-Chips aber noch weit entfernt. Die heute benannten Nanomagneten werden leicht durch äußere thermische oder elektromagnetische Einflüsse gestört. Zudem verbrauchen die derzeit zum Schalten von Nanomagneten verwendeten elektrisch induzierten Magnetfelder viel mehr Energie als in den Simulationen errechnet wird.
Japanische Forscher ersetzen seltene durch häufige Elemente
Japanische Materialwissenschaftler verfolgen gezielt den Ansatz, seltene Elemente in technisch bedeutsamen Anwendungen durch solche zu ersetzen, die im Überfluss vorhanden sind. Auf diese Weise soll Versorgungsengpässen, beispielsweise bei Lithium, Platin oder Seltenerdelementen entgegengewirkt werden.
Japanische Forscher ersetzen seltene durch häufige Elemente <% image name="TokyoInstituteofTechnology" %>
<small><b>Forscher am Tokyo Institute of Technology</b> möchten wichtige technologische Funktionen durch Materialein aus häufigen Elementen realisieren. <i>Bild: Tokyo Institute of Technology</i></small>
In einem Review-Artikel, der in der Zeitschrift „Science and Technology of Advanced Materials“ erschienen ist, beschreiben Forscher, die am <a href=http://www.titech.ac.jp/english>Tokyo Institute of Technology</a> tätig sind, Strategien, technologische Schlüsselfunktionen mit oxidischen Materialien abzudecken, die aus den 20 bis 30 häufigsten Elementen der Erdkruste wie Silicium, Aluminium, Calcium, Natrium oder Magnesium bestehen. Der Schlüssel zu dieser Vorgehensweise sei, so betonen die Wissenschaftler, die Rolle der Elemente beim Zustandekommen gewünschter physikalischer Eigenschaften der Materialien in der Tiefe zu verstehen – ein Verständnis, das sich vor allem aus der Beforschung nanostrukturierter Materialien speise.
Beispiele, die in dem Review beschrieben werden, sind unter anderem ein keramisches Material aus Calciumoxid und Aluminiumoxid, das durch positiv geladene Nanokäfige in einen thermisch stabilen und transparenten Leiter umgewandelt werden konnte oder die Herstellung von atomarem Sauerstoff (der unter anderem zur Produktion von Silicium-Dioden-Schichten verwendet wird) anstatt durch Platinkatalyse durch Erhitzen von Yttrium-dotierten Zirkonium-Röhren mit einem Durchmesser von 2 mm.
<small>Originalartikel: http://dx.doi.org/10.1088/1468-6996/12/3/034303
