Bei der Valleytronic macht man sich zu Nutze, dass Elektronen in Graphen zumeist in einem von zwei Zuständen vorliegen – also bevorzugt in einem von zwei "Tälern" sitzen. Wissenschaftlern der Universität Tokio ist es nun gelungen, aus einem elektrischen Strom einen "Valleystrom" zu machen, bei dem sich nur Elektronen eines Tals bewegen.

Das Team um Seigo Tarucha hofft, damit eines Tages elektrische Geräte zu entwickeln, die extrem wenig Energie verbrauchen. Dies soll durch einen Trick gelingen, wie die Forscher in einer Mitteilung erklären: Während Elektronen eines Tals in die eine Richtung fließen, sollen sich diejenigen des anderen Tals in die Gegenrichtung bewegen. Dadurch werden netto keine Ladungen bewegt, und es gehe keine Energie in Form von Wärme verloren.

Tarucha und Kollegen ist nun ein erster Schritt beim Bau eines solchen Geräts gelungen. Sie schafften es, normalen elektrischen Strom in Valleystrom umzuwandeln, durch einen 3,5 Mikrometer langen Kanal zu schicken und am Ende wieder in normalen Strom zurückzuverwandeln. Dazu packten sie eine Doppelschicht aus Graphen unter anderem zwischen zwei Isolationsschichten aus hexagonalem Bornitrid.

Nachteil der Apparatur ist, dass sie nur bei extrem niedrigen Temperaturen funktioniert, wodurch eine mögliche Energieeinsparung wieder zunichtegemacht würde. Allerdings beobachteten die Forscher, dass der Effekt auch bei vergleichsweise hohen Temperaturen auftrat – bis hin zu -203 Grad Celsius. Das mache ihnen Hoffnung, eines Tages Valleyströme vielleicht sogar bei Umgebungstemperaturen erzeugen zu können.

Der gewaltige Energieverbrauch insbesondere moderner Großrechner droht sich immer mehr zu einem handfesten Problem auszuwachsen. Bereits heute werden Mikroprozessoren extrem heiß: Ihre Wärmestromdichte ist vergleichbar mit derjenigen auf der Sonnenoberfläche. Geplante Supercomputer benötigen für ihren Betrieb im Grunde genommen ein eigenes kleines Kraftwerk. Die Valleytronic könnte hier vielleicht Abhilfe schaffen – wenn auch wohl erst in fernerer Zukunft.