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29. August 2014   309/14   Forschung

Physiker entwerfen wärmegesteuerten Speicher im Mini-Format
Ziel ist die kontrollierte Wärmeregulierung bei kleinsten Bauteilen etwa im Computer

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 zwei Pariser Kollegen ein Stück näher gekommen. In einer Serie für Arbeiten veröffentlichten sie zunächst die Konzepte für eine Diode, einen Transistor und nun schließlich 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.
Das Speicherkonzept ist im August in der Zeitschrift „Physical Review Letters“ erschienen. Die Kooperation zwischen Biehs und seinen Pariser Kollegen fördert seit anderthalb Jahren der Deutsche Akademische Austauschdienst (DAAD).

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

ⓚ	Kontakt: Dr. Svend-Age Biehs, Tel.: 0441/798-3069, E-Mail: s.age.biehsuni-oldenburg.de