Um den Strombedarf von elektronischen Geräten wie Computern zu senken, suchen Forschende nach neuen Materialien für Mikrochips. Forschungsergebnisse aus dem Paul Scherrer Institut zeigen, wie sich solch ein Material gezielt gestalten liesse.
Experimente an der Synchroton Lichtquelle Schweiz des Paul Scherrer Instituts (PSI) geben Aufschluss über die Eigenschaften eines Materials, das den Weg zu energiesparenden Rechenchips weisen könnte. Dies teilte das PSI am Mittwoch mit. Das Material - eine Mischung aus zwei Metall-Sauerstoff-Verbindungen - habe eigentlich die nötigen Eigenschaften, um auf den Rechenchips der Zukunft Verwendung zu finden: Es ist magnetisch und supraleitend, kann elektrischen Strom also ohne Widerstand transportieren - allerdings nur bei sehr tiefen Temperaturen, bei denen sich kein Computer betreiben liesse. Bei höheren Temperaturen werde der Stromfluss hingegen ausgesprochen schwerfällig. Wie die Forschenden um Vladimir Strocov vom PSI nun berichten, ist das gleiche Phänomen für den ungehinderten Stromfluss bei tiefen und den schwerfälligen Stromfluss bei höheren Temperaturen verantwortlich: eine Verzerrung im Materialgerüst.
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Wechselwirkende Teilchen
Fliesst Strom bei höheren Temperaturen hindurch, wechselwirken die Elektronen mit dem Ionengerüst des Materials und verzerren es. Die Ionen bremsen dabei die Elektronen - und somit den Stromfluss. Bei tiefen Temperaturen sorgt die gleiche Verzerrung jedoch dafür, dass die Elektronen paarweise zusammenfinden und sich gemeinsam mühelos durch das Material bewegen können. Diese Erkenntnis helfe dabei, gezielt neue Materialien zu entwerfen, die auch bei höheren Temperaturen supraleitend bleiben, erklärte Strocov in der Mitteilung. Auf dieser Grundlage liessen sich energiesparende Rechenelemente bauen, die dereinst die Transistoren auf Mikrochips ersetzen könnten. Heutige Chips tragen Milliarden von Transistoren, die einen Grossteil des Energieverbrauchs ausmachen. Die Forschungsergebnisse, an denen auch Wissenschaftler der ETH Zürich und des Forschungsinstituts RIKEN in Japan beteiligt waren, erscheinen im Fachjournal «Nature Communications».
