Neuartiger Mikrochip 26.09.2013, 11:18 Uhr

Stanford-Forscher bauen ersten Computer mit Kohlenstoff-Nanoröhren

Seit fast 20 Jahren versuchen Wissenschaftler, die bekannten Siliziumchips in Computern durch solche mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen zu ersetzen. Die Hoffnung auf leistungsfähigere Speicher bekommt nun neue Nahrung.

Auf der Aufnahme eines Elektronenmikroskopes sind Leiterbahnen eines neuen Computertyps zu sehen. Ein Team von der kalifornischen Stanford University hat erstmals einen Rechner aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebaut.   

Auf der Aufnahme eines Elektronenmikroskopes sind Leiterbahnen eines neuen Computertyps zu sehen. Ein Team von der kalifornischen Stanford University hat erstmals einen Rechner aus Kohlenstoff-Nanoröhren gebaut.   

Foto: dpa/Butch Colyear

Es ist elf Jahre her, da meldete der Computerhersteller IBM einen Durchbruch. Vor einem Jahr nochmal. Immer wieder gab es Meldungen, die die Hoffnung auf eine neuartige Computerchip-Generation nährten. So lange, dass sich in der Fachwelt langsam Zweifel ausbreiteten, ob die Grundlagenforschung jemals zu einer praktischen, marktfähigen Anwendung führen könnte.

Ist nun wirklich ein entscheidender Schritt gelungen? Forscher der Stanford University verkünden: Wir haben einen Rechner gebaut, der auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen läuft. Ein einfaches Modell zwar, das auf eigentlich veralteter Technik beruht und gerade mal 20 Standardbefehle sauber ausführen konnte. Aber es scheint immerhin der erste Sprung über den Bereich der Grundlagenforschung hinaus zu sein.

Rettung der Moore’schen Regel

Die Nanoröhrchen sollen als Leitermedien deutlich schneller und dabei energiesparender sein als herkömmliche Siliziumchips. Sie halten erheblich  mehr Spannung aus und könnten dafür sorgen, dass die so genannte Moore’sche Regel, nach der sich die Leistungsfähigkeit der Prozessoren alle 18 Monate verdoppelt, gültig bleibt – also mit dem Tempo der Anwendungsentwicklung weiterhin Schritt hält.

Wafer mit Computerchips auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Wafer mit Computerchips auf der Basis von Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Foto: Stanford University/Norbert von der Groeben

Das Hauptproblem war bisher aber, dass sich auf den Nanoröhrchen häufig Metallpartikel festsetzten und diese magnetisierten. Dadurch wurden sie als Transistoren unbrauchbar. IBM hat diesen Makel bereits vor Jahren durch direkte Einwirkung großer Hitze zu beheben versucht. Die Stanford-Wissenschaftler gingen nun einen Umweg: Sie schalteten alle „guten“ Nanoröhrchen in dem Chip ab und leiteten durch die „schlechten“, metallischen Röhrchen Strom. Dadurch entstand in den unerwünschten Bestandteilen so große Hitze, dass sie förmlich verdampften und nur noch Kohlendioxid übrig blieb. Damit waren die metallischen Nanoröhrchen aus dem Kreislauf entfernt.

Immun gegen Fehler

In einem zweiten Schritt entwickelten die Forscher einen Algorithmus, der störungsfreie Prozesse in dem Chip ermöglicht, auch wenn einige Nanoröhrchen nicht optimal angeordnet sein sollten. „Dieses Design, das den Chip gegen Unvollkommenheiten immunisiert, macht die Entdeckung so wertvoll“, sagte Sankar Basu von der National Science Foundation.

Die Forscher setzen entsprechend große Hoffnungen auf ihre Entdeckung. Es werde zwar immer noch Jahre dauern bis zum realen Einsatz der Technik, aber ein wichtiger Schritt sei geschafft. Subhasish Mitra, Leiter des Projektes: „Bisher hat es kaum eine Nutzung dieser aufregenden Technologie in kompletten digitalen Systemen gegeben. Hier ist der Beweis, dass es funktioniert.“

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