Forschung

Dresdner knöpfen sich Spintronik und 2D-3D-Elektronik vor

Graphene sind wabenförmige 2D-Moleküle aus Kohlenstoff mit hoher Leitfähigkeit. Abb.: Graphen Center Cambridge

Graphene sind wabenförmige 2D-Moleküle aus Kohlenstoff mit hoher Leitfähigkeit. Mit Funktionsatomen gespickt und übereinandergestapelt, könnten diese Kohlenstoff-Netze für sehr leistungsfähige Rechentechnik sorgen. Abb.: Graphen Center Cambridge

Neue Forschungspfade im Zukunftselektronikzentrum cfaed geplant

Prof. Gerhard Fettweis. Abb.: TUD

Prof. Gerhard Fettweis. Abb.: TUD

Dresden, 1. April 2015: Das Dresdner TU-Forschungszentrum für fortgeschrittene Elektronik „cfaed“ wird in naher Zukunft wohl zwei neue Forschungsfelder eröffnen. Auf der strategischen Suche nach der Nanoelektronik der Zukunft wollen die Forscher künftig auch die „Spintronik“ sowie eine Kombination aus zwei- und dreidimensionalen Schaltungen auf Graphenbasis als mögliche weitere Pfade stärker ins Auge fassen. Das hat cfaed-Koordinator Prof. Gerhard Fettweis auf Oiger-Anfrage angekündigt. „Diese beiden Themen sind in der Diskussion besonders prominent auf dem Radar“, sagte der TU-Professor.

Bundes-Geld versiegt 2017 – neue Konzepte müssen her

Hintergrund: Das 2012 mit Exzellenzfördermitteln des Bundes cfaed an der TU Dresden hat schon bisher mehrere Wege zur Nanoelektronik der Zukunft untersucht. Dazu gehören zum Beispiel chemische und organische Rechentechnik, Kohlenstoff-Elektronik, Chips aus Silizium-Nanoröhrchen oder Parallel-Rechenkonzepte. Dafür hat das cfaed einerseits die 34 Millionen Euro Bundes-Exzellenzförderung zur Verfügung. Etwa doppelt soviel Geld hat das Zentrum außerdem inzwischen aus anderen Quellen aufgetan. Im Oktober 2017 versiegt die Bundesförderung jedoch offiziell. Spätestens im Herbst 2016 wollen sich die Dresdner Forscher daher bei der „Deutschen Forschungsgemeinschaft“ (DFG), die die Bundesgelder verteilt, für eine zweite Förderperiode bewerben.

Erfolglose Pfade werden wohl aufgegeben

Dafür werde man die bisher verfolgten Projekte jedoch auf den Prüfstand stellen müssen, kündigte Fettweis an. Von einigen Pfaden, die ins Leere zu führen drohen oder an der Industrieanwender kaum Interesse haben, müsse man sich womöglich trennen, dafür neue, vielversprechender Wege einschlagen – und das gelten Spintronik und 2D/3D-Elektronik zu den heißen Favoriten.

Spintroniker möchten Daten in einzelnen Elektronen verarbeiten

Unter „Spintronik“ versteht man Versuche, die Basisoperationen und Daten von Computern nicht mehr in mühevoll erzeugten Kleinsttransistoren auf Siliziumchips zu verdrahten, sondern, sondern diese Informationen in den Drehimpulsen (Spins) einzelner Elementarteilchen wie zum Beispiel Elektronen abzuspeichern und zu verarbeiten. Dies funktioniert bisher nur unter Laborbedingungen, könnte aber zu einem drastischen Leistungsschub für Computertechnik sorgen, wenn man diese Technik zur Serienreife führen kann.

Die Spintronik soll den "Quantendrall" der Elementarteilchen für superschnelle Computerchips einspannen. Abb.: NASA, Montage: hw

Die Spintronik könnte den „Quantendrall“ der Elementarteilchen für superschnelle Computerchips einspannen. Abb.: NASA, Montage: hw

In Dresden arbeiten bereits mehrere Forscher an Spintronik-Konzepten, beispielsweise Prof. Claudia Felser vom Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe (MPI-CPfS) oder auch Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und am Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung (IFW) Dresden. Insofern würde sich ein Spintronik-Forschungspfad am cfaed gut einfügen.

Halb 2D, halb 3D: Hauchdünne Kohlenstoff-Schaltkreise stapeln

Bei der 2D/3D-Elektronik wiederum möchten die Dresdner Ingenieure und Physiker die zweidimensionalen Kohlenstoffnetze des „Wundermaterials“ Graphen mit elektronischen Schaltungen versehen und dann mehrerer solcher hauchdünnen 2D-Schaltkreise übereinanderlegen und durchkontaktieren. Auch dies könnte die nahen physikalischen Grenzen der heutigen Mikroelektronik überwinden.

Der Chemiker Xinliang Feng will am Dresdner Elektronikzentrum cfaed auch kohlenstoffbasierte Schaltkreis.Technologien erforschen. Foto: cfaed

Der Chemiker Xinliang Feng will am Dresdner Elektronikzentrum cfaed auch kohlenstoffbasierte Schaltkreis-Technologien erforschen. Foto: cfaed

Hier ruhen die Hoffnungen im cfaed vor allem auf einem Chinesen: Das Zentrum hat den Chemiker Xinliang Feng nach Dresden geholt, wo er die Professur für „Molekulare Funktionsmaterialien“ übernommen hat. „Das ist der einzige Mensch weltweit, dem es bisher gelungen ist, Graphen zu dotieren“; betonte Fettweis. Das Spicken (Dotieren) eines Materials mit Fremdatomen ist ein Schlüsselprozess, um elektronische Funktionen in einem Werkstoff zu realisieren.

Experten für Kryptografie und Prozessorarchitektur wechseln nach Dresden

Daneben wird das cfaed demnächst zwei weitere Professuren besetzen: Einerseits soll ein internationaler Kryptografie-Spezialist nach Dresden kommen, der Computer unempfindlich gegen geplante und natürliche Hardware-Angriffe immun machen soll, andererseits ein Experte für Prozessorarchitektur. Namen wollte Fettweis noch nicht nennen, versicherte aber: Die Verhandlungen nähern sich dem Abschluss. Autor: Heiko Weckbrodt