Logische Schaltung aus Magneten

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Ein Team aus Wissenschaftlern um Alexandra Imre vom Zentrum für Nanowissenschaften und Technologie der amerikanischen Universität Notre Dame hat zusammen mit ihrem Kollegen György Csaba vom Institut für Nanoelektronik der Technischen Universität München nun Prototypen logischen Schaltungen hergestellt, die im Gegensatz zu herkömmlichen elektronischen Bauteilen nicht mit Strömen arbeiten, sondern magnetisch aktiv sind. Diese wenige Nanometer großen Komponenten haben das Potenzial, die heute massenhaft in der Computertechnik eingesetzten Transistoren überflüssig zu machen. Das berichtet die Forschergruppe in der jüngsten Ausgabe der Fachzeitschrift Science (Vol. 311, S. 205 ff.). "Das Arbeitsgebiet ist so neu", erläutert Csaba, "dass es noch nicht einmal einen griffigen Begriff dafür gibt, obwohl der Einfall dazu bereits aus den 1970er Jahren stammt."

Die Idee ist so einfach wie genial. Magnete besitzen von Natur aus zwei unterschiedliche Zustände: Entweder zeigt der Nordpol in die eine Richtung, oder in die andere. Bringt man mehrere zusammen, beeinflussen sie sich gegenseitig. Durch ein intelligentes Design, lässt sich das zum Rechnen nutzen. Russell Cowburn, Physikprofessor am Imperial College in London, der die Arbeit der Forschergruppe begutachtet hat, meint: "Imre und ihr Team haben gezeigt, dass sich mit derartigen Strukturen beliebige logische Schaltungen erzeugen lassen, die für die Funktion eines Rechners notwendig sind, ohne einen einzigen Transistoren zu benötigen."

Im Fokus der Arbeitsgruppe stehen kreuzförmige Anordnungen aus jeweils fünf magnetischen Dipolen. Sie wurden mit Hilfe Elektronenstrahl-lithografischer Verfahren auf einen dünnen Film aus einer polykristallinen Nickel-Eisen-Verbindung gebracht. "Logische Schaltungen mit Hilfe von Magneten zu konstruieren, ist nicht das größte Hindernis", meint Csaba. "Mühe bereitet das Anfertigen kleinster Einheiten, die zuverlässig arbeiten." Berichten die Autoren in ihrer Arbeit immerhin, dass gut die Hälfte ihrer Prototypen für den Müll sind. "Wenn es uns aber gelang, ein Bauteil herzustellen, dann arbeitete es äußerst verlässlich", betont der junge Physiker ungarischer Abstammung.