Physiker entwerfen wärmegesteuerten Mini-Speicher für kontrollierte Wärmeregulierung bei kleinsten Bauteilen

Oldenburg. Wärmeströme auch auf kleinster Ebene zu kontrollieren und so etwa das Überhitzen von Computerchips zu verhindern – diesem Ziel sind der Oldenburger Physiker Dr. Svend-Age Biehs und seine Pariser Kollegen Dr. Viacheslav Kubytskyi und Dr. Philippe Ben-Abdallah ein Stück näher gekommen. Gemeinsam veröffentlichten sie zunächst die Konzepte für eine Diode, einen Transistor und nun für einen Speicher. Im Gegensatz zu den entsprechenden Bauteilen in einem herkömmlichen Computer sollen diese neu entwickelten Bauteile nicht mit elektrischem Strom, sondern mit Wärmestrahlung arbeiten. „Damit hätten wir nun alle grundlegenden Bauteile, die nötig sind, um Wärmestrahlung prinzipiell zur Verarbeitung von Daten zu nutzen“, sagt Biehs. Allerdings haben die Physiker nicht vor, konventionelle Computer durch wärmegesteuerte Computer zu ersetzen: Diese Elemente sollen vielmehr helfen, Abwärme in Nanobauteilen gezielt abzuführen oder sogar nutzbar zu machen. Auch ließe sich mit ihrer Hilfe die Temperatur in wissenschaftlichen Versuchsaufbauten berührungsfrei regulieren.

Zentral für die Konzeption des Speichers ist wiederum ein Material mit ganz besonderen Eigenschaften: Vanadiumdioxid (VO2), ein so genanntes Phasenwechselmaterial, das bei Wärmezufuhr vom Isolator zum Metall wird. Das Forschertrio von den Universitäten Oldenburg und Paris-Sud sieht einen Aufbau mit zwei parallelen Miniatur-Platten vor, in einem mit bloßem Auge kaum sichtbaren Abstand. Die eine Platte besteht aus Glas, die andere aus Vanadiumdioxid. Bei einem Temperaturunterschied an den beiden Außenseiten des Speicherelements fließen zwischen den Platten so lange Wärmeströme, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Der Clou: Aufgrund der besonderen Eigenschaften von VO2 gibt es hier nicht nur eine, sondern gleich zwei Möglichkeiten eines Gleichgewichts – von Wissenschaftlern als stabile Zustände bezeichnet –, die wie bei einem elektrischen Computerspeicher die „0“ und „1“ eines Bits darstellen.

Die Kooperation zwischen Biehs und seinen Pariser Kollegen wird seit anderthalb Jahren vom Deutschen Akademischen Austauschdienst (DAAD) gefördert.

Das Speicherkonzept erschien im August in der Zeitschrift „Physical Review Letters“:

Viacheslav Kubytskyi, Svend-Age Biehs, Philippe Ben-Abdallah, „Radiative bistability and thermal memory“, Physical Review Letters 113, 074301

[18.09.2014]

 

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Weitere Infos

Dr. Svend-Age Biehs

AG Condensed matter theory
Tel.: 0441/798-3069
E-Mail: s.age.biehs(at)uni-oldenburg.de

www.condmat.uni-oldenburg.de