News: Der richtige Mix
Die Strukturen von Computerchips werden immer kleiner und kleiner. Aber irgendwann ist bei diesem Miniaturisierungsprozess das Ende der Fahnenstange erreicht. Nämlich dann, wenn das Material nicht mehr mitspielt, aus dem die winzigen Komponenten hergestellt werden. Doch die Entwicklung neuer Werkstoffe kann vielleicht Abhilfe schaffen.
© Geoffrey Ozin (Ausschnitt)
Schneller, kleiner, besser – so lässt sich die rasante Entwicklung der Computerchips kurz umschreiben. Der Mitgründer der Firma Intel, Gordon Moore, formulierte sogar ein empirisches "Gesetz", nach dem sich die Packungsdichte der Transistoren auf einem Mikroprozessor und damit die Leistung alle 18 Monate verdoppelt. Aber dieser Entwicklung sind Grenzen gesetzt; und die sind materialbedingt. Denn auf der einen Seite werden die Bauteile zwar immer winziger und die Chips dadurch leistungsstärker, aber durch die kleiner werdenden Abmessungen entstehen auch Probleme: Die Siliciumdioxid-Schichten, welche die einzelnen Komponenten voneinander trennen, werden beispielsweise irgendwann so dünn, dass ihre isolierende Wirkung nachlässt.
Neue Materialien sind also gefragt, die dieses Problem der mangelhaften Isolierung lösen – und dabei lohnt sich ein Blick in die Kochtöpfe der Nanotechnologen. Denn dort hat sich etwas Neues zusammengebraut: Geoffrey Ozin und seine Mitarbeiter von der Universität Toronto haben ein Material hergestellt, das besser isoliert als Siliciumdioxid.
Die Neuentwicklung weist eine gleichmäßig wabenförmige Porenstruktur auf, wobei die einzelnen Porendurchmesser in der Größenordnung von Nanometern liegen. Dieses Organosilica-Material ist eine Hybridstruktur, quasi eine Mischung aus organischen und anorganischen Bestandteilen: Ähnlich aufgebaut wie beim rein anorganischen Siliciumdioxid, sind hier aber die Siliciumatome teilweise nicht über Sauerstoffatome, sondern über Methylengruppen verbrückt. Diese Methylengruppen, die jeweils aus einem Kohlenstoffatom mit zwei Wasserstoffatomen bestehen, stellen eine Grundeinheit organischer Materie dar.
Bei den bisherigen Organosilica-Verbindungen lag das Verhältnis zwischen anorganischen und organischen Bestandteilen bei 2 zu 1. Dagegen zeichnet sich das neu entwickelte Hybridmaterial durch einen bis dahin unerreicht hohen Anteil an der organischen Komponente aus: Eine 1 zu 1 Mischung konnten die Forscher jetzt durch die neue Herstellungsmethode erreichen.
Kai Landskron, einer der Wissenschaftler, erläutert dazu, dass die organische Komponente die Beschaffenheit des Materials stark beeinflusst. Deshalb könne der höhere organische Anteil die physikalischen Materialeigenschaften derart modifizieren, dass es für verschiedene Anwendungen, wie etwa als Isolierungsmaterial, besser geeignet sei. Aber auch mechanische Merkmale wie Dehnbarkeit, Druckfestigkeit, Härte und Flexibilität würden durch den organischen Anteil mitbestimmt.
Geoffrey Ozin hat viel versprechende Zukunftsvisionen: "Wir haben hier eine neue Klasse von Materialien, deren Grundbaustein aus drei Siliciumatomen und drei Methylengruppen besteht. Durch Variation der organischen Gruppe könnten daraus eine ganze Reihe neuer Werkstoffe entstehen." Diese könnten dann im Bereich der Katalyse, Sensorik oder Optik eingesetzt werden. Und auch die Anwendung in Computerchips ist denkbar; hieran arbeiten die Forscher bereits.
Neue Materialien sind also gefragt, die dieses Problem der mangelhaften Isolierung lösen – und dabei lohnt sich ein Blick in die Kochtöpfe der Nanotechnologen. Denn dort hat sich etwas Neues zusammengebraut: Geoffrey Ozin und seine Mitarbeiter von der Universität Toronto haben ein Material hergestellt, das besser isoliert als Siliciumdioxid.
Die Neuentwicklung weist eine gleichmäßig wabenförmige Porenstruktur auf, wobei die einzelnen Porendurchmesser in der Größenordnung von Nanometern liegen. Dieses Organosilica-Material ist eine Hybridstruktur, quasi eine Mischung aus organischen und anorganischen Bestandteilen: Ähnlich aufgebaut wie beim rein anorganischen Siliciumdioxid, sind hier aber die Siliciumatome teilweise nicht über Sauerstoffatome, sondern über Methylengruppen verbrückt. Diese Methylengruppen, die jeweils aus einem Kohlenstoffatom mit zwei Wasserstoffatomen bestehen, stellen eine Grundeinheit organischer Materie dar.
Bei den bisherigen Organosilica-Verbindungen lag das Verhältnis zwischen anorganischen und organischen Bestandteilen bei 2 zu 1. Dagegen zeichnet sich das neu entwickelte Hybridmaterial durch einen bis dahin unerreicht hohen Anteil an der organischen Komponente aus: Eine 1 zu 1 Mischung konnten die Forscher jetzt durch die neue Herstellungsmethode erreichen.
Kai Landskron, einer der Wissenschaftler, erläutert dazu, dass die organische Komponente die Beschaffenheit des Materials stark beeinflusst. Deshalb könne der höhere organische Anteil die physikalischen Materialeigenschaften derart modifizieren, dass es für verschiedene Anwendungen, wie etwa als Isolierungsmaterial, besser geeignet sei. Aber auch mechanische Merkmale wie Dehnbarkeit, Druckfestigkeit, Härte und Flexibilität würden durch den organischen Anteil mitbestimmt.
Geoffrey Ozin hat viel versprechende Zukunftsvisionen: "Wir haben hier eine neue Klasse von Materialien, deren Grundbaustein aus drei Siliciumatomen und drei Methylengruppen besteht. Durch Variation der organischen Gruppe könnten daraus eine ganze Reihe neuer Werkstoffe entstehen." Diese könnten dann im Bereich der Katalyse, Sensorik oder Optik eingesetzt werden. Und auch die Anwendung in Computerchips ist denkbar; hieran arbeiten die Forscher bereits.
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