II. Wissenschaftliche Vorträge

nicht ändert, bzw. ihn gleich wieder herstellen. Das ist der Read (Lese) Vorgang.
Um die Information eines Bits zu speichern, benötigt man also mindestens einen
Transistor und einen Kondensator. [5]
Bei weiterer Miniaturisierung auf die molekulare Skala wird es immer schwie-
riger drei Kontakte zu definieren. Deshalb entwickelt man gezielt Realisierungen,
die nur zwei Kontakte benötigen und bei denen die Schaltfunktion kabellos erfolgt.
Diese Möglichkeit bieten photochrome Moleküle, die in zwei Konformationen vor-
liegen, zwischen denen durch geeignete Bestrahlung hin- und hergeschaltet werden
kann. Solche Moleküle werden seit etwa 20 Jahren synthetisiert und bilden auch die
Grundlage für molekulare Maschinen, für die der Nobelpreis für Chemie im Jahre
2016 verliehen wurde. Abbildung 2 B zeigt den zentralen Bestandteil der häufig
untersuchten Molekülklasse der Diarylethene, die eine Ringöffnungs-Ringschluss-
reaktion durchlaufen bei Bestrahlung mit sichtbarem bzw. ultraviolettem Licht.
Die beiden Zustände sind stabil und unterscheiden sich in ihrem Leitwert deutlich.
Damit sind sie im Prinzip geeignet zur Bildung eines Einzelmolekülschalters und
Speicherelements in einem, da die Konformation nach Ausschalten des Lichts er-
halten bleibt. Erste Experimente zeigen, dass man einzelne Diarylethenmoleküle
im Kontakt reversibel schalten kann, siehe Abbildung 2 C. [6] Neben den recht
geringen Leitwerten in beiden Zuständen machen die Reproduzierbarkeit und die
geringe Schaltwahrscheinlichkeit jedoch noch große Probleme.
Außerdem benötigt man bei der derzeitigen Kontaktierungsmethode recht
große Zuleitungen, kann also keine großen Integrationsdichten erreichen. Der ge-
ringe Leitwert hat zur Folge, dass das Auslesen der Information langsam wird, auch
wenn der eigentliche Schaltprozess des Moleküls vermutlich innerhalb von eini-
gen Pikosekunden abläuft. Zusammen mit den unvermeidbaren Kapazitäten der
Zuleitungen hat der hohe Widerstand die Wirkung, dass der Strom nicht schnell
ein- und ausgeschaltet werden kann.
Bis zu einer echten Technologie, in der ja nicht nur das Funktionsprinzip ge-
zeigt werden muss, sondern auch kostengünstige Möglichkeiten der Verschaltung
mehrerer Bauelemente aufgezeigt werden müssen, ist es noch ein weiter Weg. Ob
er je beschritten wird, ist unklar, da viele andere Ansätze, wie zum Beispiel das
Quantenrechnen verfolgt werden. Hierbei benötigt man deutlich weniger Bauele-
mente und kann sich deshalb größere Strukturen erlauben.
Zusa m menfassu ng
Die heutige Mikroelektronik basierend auf Halbleiterbauelementen wird bald an
ihre physikalischen Grenzen stoßen. Zurzeit wird in die verschiedensten Richtun-
gen geforscht, welche Technologie eine mögliche Nachfolge darstellen könnte.
Unter anderem werden molekulare Bauelemente erforscht. Die grundle-
genden Funktionsprinzipien sind demonstriert worden, aber es handelt sich noch
nicht um eine ausgefeilte Technologie.

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