Fünf Zustände möglich: Forscher arbeiten am Super-Memristor auf Eisenbasis

Die Experten sind sich einig: Leistungsfähigere Elektronik wird zukünftig nicht ohne sogenannte Memristoren auskommen. Dabei handelt es sich um ein englisches Kofferwort aus memory (Speicher) und resistor (elektrischer Widerstand). Damit sind auch bereits die wesentlichen Eigenschaften eines solchen Bauteils beschrieben. Vereinfacht ausgedrückt kann bei einem Memristor durch angelegte Spannung zwischen leitend und nicht leitend hin und her geschaltet werden. Diese Zustandsveränderungen werden zudem gespeichert. Forscher an der National University of Singapore haben in diesem Zusammenhang nun eine wichtige Entdeckung gemacht: Sie haben ein Molekül entdeckt, das über alle entscheidenden Eigenschaften eines Memristors verfügt. Gleichzeitig können nicht nur die Zustände 0 und 1 angenommen werden, sondern gleich fünf verschiedene Zustände. Dies ermöglicht auch komplexe logische Operationen. Außerdem existiert eine Art Erinnerung an die Abfolge der erhaltenen Signale. Die Speicherfähigkeiten sind also höher als bei klassischen Halbleitern.

Acht Übergänge und fünf Zustände sind möglich

Konkret arbeiteten die Forscher in Singapur mit einem Eisenatom, das an drei stickstoffhaltige organische Moleküle angebunden ist. Diese sorgen für eine gewisse Stabilisierung. Die Besonderheit besteht nun darin, dass sich bei der Konstruktion nicht nur der Ladungszustand verändern lässt. Vielmehr findet auch ein Austausch von Elektronen zwischen dem Eisenatom und den Stickstoff-Molekülen statt. Je nachdem, welche Spannung man nun anlegt und wie die Elektronen verteilt sind, ergeben sich verschiedene Übergänge und Zustände. Konkret sind auf diese Weise acht verschiedene Übergänge in fünf unterschiedliche Zustände möglich. Diese traten teilweise nur auf, wenn zuvor eine bestimmte Abfolge von Schaltvorgängen eingehalten wurde. Dies wiederum sorgt dafür, dass der neuartige Memristor auch komplexe Entscheidungsbäume mit mehreren Eingangssignalen abbilden kann. Es lassen sich aber auch simple Schaltkreise bauen, die für die Funktionen eines klassischen Computers benötigt werden. Der Vorteil bestünde dabei darin, dass kein Register mehr als Zwischenspeicher benötigt wird.

Vor den Forschern liegt noch eine Menge Arbeit

Allerdings wird weltweit schon seit vielen Jahren an Memristoren geforscht. Zumindest bisher ist daraus aber noch kein marktreifes Produkt entstanden. Die Forscher in Singapur haben zumindest schon gezeigt, dass ihr Ansatz nicht nur rein theoretischer Natur ist. Denn sie bauten im Labor einen entsprechenden Memristor mit zwei Elektroden und dem eisenhaltigen Molekül. Dieser wies tatsächlich die gewünschten Fähigkeiten auf. Vor der industriellen Nutzung sind allerdings noch einige grundlegende Fragen zu klären. So ist bisher nicht einmal bekannt, warum so viele Zustände und Übergänge existieren. So lange aber die dahinter stehende Funktionsweise nicht verstanden wurde, ist auch unklar, wie sich die Eigenschaften des Moleküls bei bestimmten Produktionsschritten oder im Betrieb verändern könnten. Um in heutige Schaltkreise eingebaut werden zu können, wird beispielsweise eine Größe von wenigen Nanometern benötigt. Bisher können die Forscher aber nicht ausschließen, dass bei einer solchen extremen Verkleinerung nicht unerwartete Effekte auftreten.

Via: Nature