16/09/2013 - Atomschalter, der die Positionskontrolle eines einzelnen Atoms verwendet

Menéame

Ein internationales Team von Wissenschaftlern aus der Universität Konstanz in Deutschland - in dem sich der Physiker Juan Carlos Cuevas de la Autonome Universität Madrid (UAM) Aluminiumnanohil kann als Schalter verwendet werden, der durch elektrische Steuerung der Position eines einzelnen Atoms eingeschaltet und ausgeschaltet wird.

Gemäß der kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Arbeit Natur NanotechnologyDiese Atomschalter könnten zu den kleinsten nichtflüchtigen Speicherelementen werden, die bisher für die Speicherung von Informationen entwickelt wurden.

Die Experimente, die zu diesen Schlußfolgerungen führten, mussten bei sehr niedrigen Temperaturen (unter 1 K) durchgeführt werden, da Aluminium unter diesen Bedingungen ein supraleitendes Material wird.

Die Superleitfähigkeit des Aluminiums zu erreichen, ermöglichte Wissenschaftlern, die strom-Voltage-Funktionen zu verwenden, um die Quanteneigenschaften des Transports in beiden Positionen des Schalters zu enthüllen (aus und an).

"In den Experimenten wurde eine metallische Brücke verwendet, die auf einem dünnen oder nanohilo Aluminiumfilm basiert," erklärt Juan Carlos Cuevas. Diese Brücke wird zuerst durch mechanische Mittel gesteuert, um einen Kontakt mit nur wenigen Atomen in ihrem schmalsten Teil zu bilden. Dann wird ein elektrischer Strom durch ein komplexes Protokoll geleitet, bis der Nanohilo zwei genau definierte Werte des elektrischen Widerstandes anzeigt. Wenn dies geschieht, verhält sich der Nanokreis wie ein elektronischer Schalter," ergänzt die Physik der UAM.

Auf theoretischer Ebene führten Forscher Computersimulationen durch, um herauszufinden, welche atomaren Konfigurationen im Schalter erzeugt werden. Diese Simulationen, kombiniert mit einer Quantentheorie der elektrischen Leitung, ermöglichten Wissenschaftlern zu beweisen, dass der Schaltvorgang des Schalters durch die Umordnung eines einzelnen Atoms durch den Stromdurchlauf erfolgt.

Einfache Architektur

In ihrer Arbeit weisen Wissenschaftler darauf hin, dass einer der wesentlichen Vorteile dieser neuen Art von Schaltern ihre Architektur ist, die auf einer einfachen Konfiguration von zwei Elektroden basiert.

"Die Herstellung eines Drei-Elektroden-Geräts, das bislang verfolgt wurde, ist wesentlich komplizierter, insbesondere auf atomarer Ebene. Dies - erklärt Höhlen - ist wegen der unterschiedlichen Funktion der Elektroden: zwei von ihnen dienen als Stromkabel, während durch den Dritten nicht den Strom zirkuliert und ist verantwortlich für das Ein- oder Ausschalten des Schalters."

Im neuen Atomschalter wird die Schaltfläche mit Hilfe der beiden gleichen Kabel, die zum Lesen ihres Zustandes verwendet werden, durchgeführt. Die Einfachheit dieses Designs könnte den Einsatz auf realen Geräten in naher Zukunft erleichtern.

Ref.

C. Schirm, M. Matt, F. Pauly, J.C. Höhlen, P. Nielaba and E. Scheer, A current-driven single-atom memory, Nature Nanotechnology 8, 645 (2013).

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