Aachen - Forscherelite in Aachen: Revolution der Speicher bahnt sich an

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Forscherelite in Aachen: Revolution der Speicher bahnt sich an

Von: Axel Borrenkott
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Alles im atomaren Bereich: Pro
Alles im atomaren Bereich: Professor Rainer Waser, Erforscher elektronischer Materialien und Organisator der Aachener Nature-Konferenz, am Rastertunnelmikroskop. Foto: Forschungszentrum Jülich

Aachen. Energie ist und bleibt fraglos eines der wichtigsten, aber auch schwierigsten Themen dieses Jahrhunderts - man nehme nur die Ratlosigkeiten und Komplikationen bei der Umsetzung der deutschen Energiewende.

Doch arbeiten weltweit auch Wissenschaftler emsig an Lösungen, die man hinter den komplizierten Titeln ihrer Hervorbringungen gar nicht vermuten würde. In Aachen geht heute eine hochrangige Konferenz zu Ende, in der sich die international führenden Forscher ihres Faches über nichts Geringeres ausgetauscht haben als die energiesparende Revolutionierung der Speicherung von Daten und Energie.

Den unnötig stromfressenden Stand-by-Modus aller möglichen Elektronikgeräte abzuschaffen gehört zu den populären Forderungen von Verbraucherschützern. Zweifellos ist das sinnvoll, verdeckt aber auch das ungleich größere Problem des gigantisch gewachsenen und ins schier Unendliche steigenden Verbrauchs der Informations- und Kommunikationstechnologie schlechthin.

Betrug deren Anteil 1990 noch zwei Prozent des Gesamtverbrauchs, sind es heute über zehn Prozent, die die rund um den Globus verteilten Server, Netzwerke, Datencenter und PCs schlucken. „Leider ist überhaupt kein Ende abzusehen.” Rainer Waser sagt das, und er sagt es gewissermaßen gar nicht so ungern.

Professor Waser (56) ist nämlich an vorderster Stelle verantwortlich für die Konferenz, deren Titel „Frontiers in Electronic Materials: Correlation Effects and Memristive Phenomena” vermutlich nicht einmal benachbarte Lehrstühle verstehen. Doch die durchaus hochaktuelle und relevante Frage dahinter ist „Ende der Energieverschwendung durch Computer?”

Es geht, nicht nur, aber hauptsächlich um die Erforschung und Anwendungsmöglichkeiten eines elektrischen Bauelements, das die Speicherung von Daten und Energie auf grundlegend andere Weise ermöglicht als in der heutigen digitalen Logik.

Die beruht bekanntlich darauf, dass die Zustände an und aus beziehungsweise 0 und Eins genutzt werden können. Bei den sogenannten resistiven Schaltern können hingegen alle möglichen Zwischenzustände angefahren werden, indem man den variablen Verlauf des elektrischen Widerstands (resistor) nutzt.

Computer nähert sich dem Gehirn

Während heutige Prozessoren und Speicher sozusagen die Daten hin- und herschaufeln müssen, leistet dies in Zukunft ein Element „für alles”. Der Energieverbrauch solcher resistiven Schalter ist „um bis zu zwei Größenordnungen besser als bei den heute überall gebräuchlichen Flash-Speichern” - sie sind wesentlich schneller und sie können extrem hohe Datenmengen fassen.

Doch das ist längst nicht alles. „Wenn man das geschickt nutzt, kann man neuromorphe Computerstrukturen aufbauen”, so Waser. Tatsächlich ist die Erforschung der Eigenschaften von elektronischen Materialien heute schon so weit, dass man sich an die Nachbildung der Funktionen von Gehirnnerven, Neuronen, heranwagt. Waser: „Wir fangen mit wenigen Neuronen an. Doch wenn es gelingt, auf der Basis resistiver Schalter Informationsverarbeitung aufzubauen, dann haben wir schon einen großen Schritt gemacht.”

Zwar liegt der Fokus der Forschung vornehmlich auf der Umwälzung der Datenspeicherung und der Prozessortechnik, doch ist sie ebenso Grundlage für die effiziente Energiespeicherung der Zukunft, konkret in Gestalt von Brennstoffzellen und Batterien. Anschaulich ist das alles nicht (mehr): Diese technologische Revolution verlangt nicht nur ein „atomistisches Verständnis”, sondern sie beruht schlichtweg auf der Möglichkeit, Zustände im atomaren Bereich - also auf der Nanoskala - zu erkennen und zu nutzen.

Seit zehn Jahren erforschen Rainer Waser und seine Kollegen, namentlich der Experimentalphysiker Prof. Matthias Wuttig, an der RWTH und dem Forschungszentrum Jülich - in der Forschungsallianz JARA - solche Effekte neuartiger elektronischer Materialien. Das Renommee ihrer Forschung mit „explodierenden Zitationszahlen” (Waser) mündete 2011 in der Genehmigung eines Sonderforschungsbereichs der Deutschen Forschungsgemeinschaft - und nicht zuletzt in der jetzigen Konferenz in Aachen.

Das Besondere dieser Tagung, die am Sonntag begann, ist der Co-Veranstalter, das Fachmagazin „Nature Materials”. Zum ersten Mal überhaupt kooperiert das weltweit maßgebende Organ der Materialforscher mit einer deutschen Hochschule, was Waser auch hörbar stolz macht: „Die Nature-Konferenz Frontiers in Electronic Materials ist die Konferenz mit dem größten wissenschaftlichen Renommee, welche wir bisher in Aachen hatten.”
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