Die Erben der Festplatte

So klangen sie, die ersten Rechner. Statt Transistoren öffneten und schlossen sich große mechanische Schalter – so genannte Relais, bekannt aus Telefonvermittlungsstellen - und verarbeiteten damit Daten. Eine Multiplikation dauerte bis zu drei Sekunden. Doch so langsam diese Technik auch war, aus heutiger Sicht hat sie einen Vorteil gegenüber den viel schnelleren Transistoren, die ihre Aufgaben übernommen haben: Ist ein Relais einmal geschaltet, behält es seine Stellung bei - auch wenn der Rechner abgeschaltet wird. Eine ideale Voraussetzung für einen so genannten nicht-flüchtigen Speicher, fand Thomas Rueckes. Der Physiker gründete vor einigen Jahren die Firma Nantero, um seine Idee zu vermarkten.

"Als ich mich in Harvard mit dem Problem herumschlug, wie ein Speicher-Chip mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen aussehen könnte, bin ich durch das Wissenschaftsmuseum zum Essen gegangen, und dort steht einer dieser Relais-Rechner-Ungetüme aus den Vierzigern, zehn Meter lang, drei Meter hoch. Und da dachte ich: Warum nicht ein Relais aus den Röhrchen bauen? "

Ein Relais ist ein Schalter, der aus Metallzungen und einem Elektromagneten besteht, und durch einen kurzen Stromstoß umgestellt wird. Eingeschaltet lässt es Strom passieren, ausgeschaltet hindert es den Stromfluss. Das lässt sich im Rechner als "ja" oder "nein" interpretieren, oder auch als Null und Eins. Und das kann man auch mit Kohlenstoff-Nanoröhrchen machen, dachte sich Rueckes. Denn diese haben besondere Eigenschaften: sind sie gestreckt, leiten sie Strom, gebogen aber verlieren sie ihre Leitfähigkeit. Sie müssen nur richtig verbunden werden.

"Wenn nun die Röhrchen zu Zick-Zack-Mustern zusammengefasst werden, können sie zwischen An und Aus hin- und her geschaltet werden. Bei "An" haben sie einen kleinen Widerstand, bei "Aus" ist der Widerstand extrem groß, im Giga- bis Tera-Ohmbereich."

Der Physiker konstruierte den Nano-Relais-Chip auf einer Schicht nichtleitenden Materials. In das ist ein winziger Kanal aus Metall eingelassen, die Oberfläche dieser Leiterbahn ist etwas tiefer als die Oberfläche der nichtleitenden Schicht. Über diese Kanäle sind in regelmäßigen Abständen Kohlenstoff-Nanoröhren gespannt - fast wie Brücken über einen Kanal. Wird durch die Röhrchen ein Strom-Impuls geschickt, werden sie von dem Leiterkanal angezogen und biegen sich nach unten. Erst ein zweiter Strom-Impuls löst die Röhrchen. So kann Rueckes einen Stromfluss ein- und ausschalten, wie beim Relais. Derzeit lassen sich auf einem verhältnismäßig großen Chip bis zu 1,2 Gigabyte speichern. Rueckes geht aber davon aus, dass sich deutlich mehr erreichen lässt, möglicherweise im Terabit-Bereich.

Der US-Forscher ist mit seiner Firma nicht mehr der einzige, der auf diese Technik setzt. So hat ein Forscherteam aus Schweden und Korea ein einzelnes Nano-Relais entwickelt, bei dem die Kohlenstoff-Röhrchen nur auf einer Seite fest sitzen, auf der anderen frei schwingen können. Das ähnelt noch stärker dem Relais mit seinen freistehenden Metallzungen. Und Wissenschaftler aus Frankreich haben eine Nano-Schalter-Technik für Speicherchips vorgestellt, die der US-Technik stark ähnelt. Trotzdem ist sich Thomas Rueckes seines Vorsprungs sicher:

"Man baut nicht erst eine Millionen Speicher-Bits und sucht dann nach einem Weg, sie auf einem Chip zu vereinen. Speicherchips werden vielmehr aus einem Film geätzt, die Leiterbahnen durch ein Lithographie-Verfahren aufgebracht. Und so dachte ich: Warum nicht genauso Nano-Röhrchen auf einem Chip unterbringen? Und das funktioniert! "

Auf diese Weise, ist Rueckes überzeugt, lassen sich Nano- und konventionelle Computertechnik einfach miteinander verbinden.