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DARPA-Forscher finden Wundermaterial „Stanene“ für Computerchips

Die Visualisierung zeigt den Aufbau von Stanene: Die Zinnatome sind nur in der Fläche vernetzt. Das Band selbst ist ein Isolator, an den Kanten aber leitet es Elektronen verlustfrei. Abb.: DARPA, SLAC

Die Visualisierung zeigt den Aufbau von Stanene: Die Zinnatome sind nur in der Fläche vernetzt. Das Band selbst ist ein Isolator, an den Kanten aber leitet es Elektronen verlustfrei. Abb.: DARPA, SLAC

2D-Zinn kann Stromsignale anscheinend bei Zimmertemperatur verlustfrei leiten

Stanford/Arlington, 24. Dezember 2013: Wissenschaftler der Stanford-Universität haben im Rahmen eines Programms des US-Verteidigungsforschungsbehörde DARPA (Arlington) möglicherweise eine bahnbrechende Entdeckung gemacht, die eine neue Generation superschneller und abwärmefreier Computerchips ermöglichen könnte: Laut ihren Berechnungen leiten Folien aus einlagigen Zinn-Atomen, die nur in zwei Dimensionen vernetzt sind, Elektronen über beliebige Entfernungen, ohne dass diese Informationsträger dabei durch Wärmereibung Energie verlieren. Die Stanford-Forscher haben diesen neuen Werkstoff „Stanene“ genannt und versuchen nun, ihn im Labor zu synthetisieren, um ihre Voraussagen zu überprüfen.

Ähnlich wie supraleitendes Graphen

Die 2D-Bänder aus Zinn ähneln ein wenig dem ebenfalls als Wunderwerkstoff gehandelten „Graphen“, das aus zweidimensional vernetzten Kohlenstoff-Atomen besteht. Die vorausgesagten Effekte von „Stanene“ allerdings erinnern eher an Supraleitung. Und dieses widerstandslose Leiten von Strom bei Zimmertemperatur hinzubekommen, daran arbeiten Wissenschaftler rund um den Erdball – unter anderem auch in Dresden – schon seit Jahrzehnten.

Neuer Quantenzustand

Das 2D-Zinn freilich nimmt einen ganz besonderen, erst im Jahr 2006 entdeckten Quantenzustand an: Es wird zum „topologischen Isolator“, der im Innern den Elektronenfluss verhindert, ihn aber am Rand enorm beschleunigt.

Wie niemals nachtanken auf der Autobahn

DARPA-Programm-Manager Jeffrey Rogers hat diesen Effekt mit Maut-Autobahnen verglichen: „Materialien im Zustand eines toplogischen Isolators verhalten sich so, als ob man anfangs für Supersprit bezahlt, der dein Auto auf die Eilspur befördert, danach aber kannst du den Highway weiterrasen, ohne nachtanken zu müssen.“ Sprich: Anders als richtige Autos, die durch Luftwiderstand und Reifenhaftung immer langsamer werden und ihre kinetische in Wärmeverlustenergie verwandeln, wenn der Fahrer vom Gas geht, können die Elektronen im „Stanene“ wie im Vakuum des Alls immer weiterrasen.

Toplogische Isolatoren funktionierten bisher nur weit unter 0 Grad

Bisher wurden toplogische Isolatoren nur als Versuchsmuster im Labor bei extrem niedrigen Temperaturen nachgewiesen. Sollten sich die Stanford-Berechnungen experimentell bestätigen, wäre das 2D-Zinn der erste Werkstoff, der diesen Zustand auch bei Zimmertemperatur einnimmt. Dies aber könnte die Konstruktion viel schnellerer Rechner-Prozessoren ermöglichen, die auch keine aufwändige Kühlung mehr brauchen – eben diese Abwärme-Effekte heutiger Chips hatten vor zehn Jahren das Gigahertz-Rennen zwischen Intel und AMD beendet. Autor: Heiko Weckbrodt

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