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Einzigartig auf der Welt: Oxide fahren Schlitten

Von: hfs.
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Staatssekretär Thomas Rachel (MdB/l.) hatte viele Fragen, die Regina Dittmann und Rainer Waser gerne beantworteten. Aufmerksamer Zuhörer war auch Vorstandsmitglied Sebastian Schmidt (r.). Foto: hfs.

Jülich. Wo, wenn nicht im alten, umgebauten Institut von Nobelpreisträger Peter Grünberg geht die Nachfolgegeneration von Wissenschaftlern und Forschern in den kommenden Jahren der Frage nach, wie Computer-Chips noch leistungsfähiger und effizienter gebaut werden können? So wurde in den letzten drei Jahren im Peter-Grünberg-Institut auf dem Campus der Forschungszentrum Jülich ein neuer Labortrakt gebaut.

Hier wird eine neue Generation von Datenspeichern und Prozessoren entwickelt: Im weltweit einzigartigen sogenannten „Oxid-Cluster“ geht es um den Rechner der Zukunft.

Als Cluster bezeichnet man in der Informatik und Statistik eine Gruppe von Datenobjekten mit ähnlichen Eigenschaften. Im Forschungszentrum Jülich sind es verschiedene Metalloxide, die über besondere elektronische und magnetische Eigenschaften verfügen. „Eigentlich sind Oxidverbindungen schon tausende Jahre in Gebrauch“, erinnerte Professor Sebastian Schmidt als Vorstandsmitglied in seiner Begrüßung an die Herstellung von Keramikgefäßen. Doch Oxide hätten ihre Geheimnisse noch nicht preisgegeben. Damit ist der Sinn des „Oxid-Clusters“ klar, das nun im Grünberg-Institut realisiert wird.

Das Cluster ist in einem Laborbereich angesiedelt, in dem es der Wissenschaftler Peter Grünberg von der Grundlagenforschung bis zum Nobelpreisträger brachte. Dass Grundlagerforschung auch heute noch betrieben werden muss, machte Professor Rainer Waser deutlich. Als Institutsleiter gab er einen kurzen Einblick in die Arbeiten mit dem Cluster, „das einzigartige Möglichkeiten zur Erforschung elektronischer Materialien für eine neuartige Generation von Datenspeichern und Prozessoren“ liefern soll.

Metalloxide verfügen über besondere elektronische und magnetische Eigenschaften. Einige dieser komplexen Sauerstoff-Verbindungen weisen den Effekt auf, dass sich ihr elektrischer Widerstand durch eine einmal angelegte Spannung dauerhaft erhöht oder verringert.

3,7 Millionen Euro Kosten

Diese Eigenschaft lässt sich zum Beispiel als Miniaturschalter für elektronische Bauteile nutzen, erklärte Projektleiterin Professorin Regina Dittmann. Sie hat über drei Jahre den Aufbau der Laboranlage koordiniert, 3,7 Millionen Euro waren dafür notwendig, wobei knapp eine Million Euro als Sonderförderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) bewilligt wurden.

„Geld, das wir sehr gerne zur Verfügung gestellt haben. Denn die Anforderungen an Computerprozessoren und Datenspeicher werden immer komplexer“, meinte der Staatssekretär im Bundesforschungsministerium, Thomas Rachel (MdB) aus Düren. Da dadurch aber auch der Energieverbrauch in die Höhe schnellen wird, müssten auch auf diesem Sektor Antworten der Wissenschaftler gesucht und gefunden werden. „Mit dem Oxid-Cluster werden die Jülicher Forscher daran arbeiten, beide Herausforderungen gemeinsam zu lösen.“

Die genauen Abläufe solcher neuartiger Bauteile auf Basis von Metalloxiden sind bisher nur zum Teil verstanden. Jetzt können die Wissenschaftler im neuen FZJ-Labor erstmals die Oxid-Schichten während ihres Wachstums beobachten und – nach verschiedenen Schaltvorgängen – auch untersuchen. Da das Material beim Kontakt mit der Luft sofort beeinträchtigt würde, sind die Beschichtungsplätze im Labor mit fest verschraubten Rohren, in denen sich Mikroskope und Spektroskope befinden, versehen.

Das ermöglicht, dass die Oxid-Beschichtungen dann per Schlitten im Ultrahochvakuum vom Ort ihrer Herstellung direkt zur Mess- oder Beobachtungsstation transportiert werden können. „Eine Versuchsanordnung, die es weltweit nur hier bei uns gibt“, sagte Projektleiterin Dittmann nicht ohne Stolz, die Gäste und Kooperationspartner zur Besichtigung einlud.

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