HP präsentiert Forschungsdurchbruch im Deutschen Museum

Nano-Speichertechnologie von HP im heute eröffneten Zentrum Neue Technologien

(PresseBox) ( Böblingen, )
HP unterstützt das "Zentrum Neue Technologien" (ZNT) im Deutschen Museum, das heute von Bundespräsident Horst Köhler eröffnet wird, mit einem Funktionsmodell des Memristors. Die Existenz dieses vierten Basiselements elektronischer Schaltungen neben Widerstand, Spule und Kondensator hat 2008 das Information and Quantum Systems Lab (IQSL) von HP erstmals nachgewiesen. Der Memristor - kurz für Memory Resistor - ist ein nanoskaliger Widerstand mit Gedächtnis: Auch nach Abschalten der Stromversorgung merkt er sich den Wert der Spannung und wie lange sie angelegt war. Ein Computer würde deshalb nach dem Einschalten ohne langwieriges Hochfahren starten.

Das Exponat für die Dauerausstellung zur Nano- und Biotechnologie ist von ISQL-Forscher Douglas Ohlberg auf Anfrage des Deutschen Museums entwickelt worden. Ergänzt werden die millionenfach vergrößerten Nanotech-Produkte durch die Instrumente der Nanotechniker, Text- und Mediensysteme, Diskussionsforen sowie verschiedene Labors, in denen Besucher selbst Experimente ausführen und Forschern bei ihrer Arbeit über die Schultern schauen.

Professor Wolfgang M. Heckl, Generaldirektor des Deutschen Museums, einem der größten naturwissenschaftlichtechnischen Museen der Welt, stellt die Exponate in den Zusammenhang der Aufklärung: "Wir transferieren verborgene in öffentliche Forschung, um den Aufbruch in neue Welten darzustellen." Durch die Faszination der Nanotechnik soll auch potenzieller Nachwuchs zu einem entsprechenden Studium angeregt werden. Die Durchbruch-Innovation des Memristors passt in Heckls Anforderungsprofil.

Das erste Speicherwiderstand-Bauelement wurde am IQSL in Palo Alto unter Leitung des Direktors, HP Labs Senior Fellow Stanley Williams, mit 17 Drähten aus jeweils nur 150 Atomlagen dickem Titandioxid hergestellt. "Im Prinzip besteht der Memristor aus zwei Schichten von Nanodrähten aus Platin, die zu einem Gitter angeordnet sind", erklärt Ohlberg. "An den Kreuzungspunkten sind die Drähte durch Titaniumoxid verbunden." Und diese Verbindung hat es in sich: Sie kann verschiedene Widerstandswerte einnehmen, je nachdem, aus welcher Richtung Strom fließt.

Durch die eingebauten Sauerstoff-Atome isoliert Titanoxid; wo der Sauerstoff fehlt, besitzt es gute Leiteigenschaften. In einem elektrischen Feld wandern diese Sauerstoff-Fehlstellen sehr schnell in die isolierende Schicht hinein - der Widerstand in der Komponente sinkt. Fließt nun Strom aus der anderen Richtung, so steigt der Widerstand - und wird der Strom abgestellt, merkt sich die Komponente den letzten Widerstandswert.

"Das Modell des HP Labors demonstriert vereinfacht die Physik hinter dem Memristor", erklärt HP-Labs-Forscher Ohlberg. Der Besucher selektiert durch das Drücken von Knöpfen zwei der sich überkreuzenden Drähte - und adressiert so einen individuellen Kreuzungspunkt. "Der Besucher kann zudem Strom aus beiden Richtungen durch die Verbindung schicken und so die Werte 1 und 0 herstellen: "Wo blaue Dioden aufleuchten, entsteht ein sauerstofffreier Status mit dem Wert 0."

Das quadratische Modell besitzt eine Seitenlänge von 48 Zentimetern und repräsentiert eine Crossbar-Matrix mit einer realen Seitenlänge von 560 Nanometern. Die Dimension verdeutlicht ein Vergleich: Würde das Modell erneut um den Skalierungsfaktors von 86.000 vergrößert, so wäre jede Seite 410 Kilometer lang - und die Fläche des Schalters wäre halb so groß wie Deutschland.

Der Memristor öffnet laut Ohlberg der klassischen Computertechnik neue Dimensionen:

- Sie können als schnelle, kostengünstige nichtflüchtige Arbeitsspeicher dienen: Durch ein Nonvolatile Random Access Memory vergessen Computersysteme nicht, was beim Abschalten im Memory abgespeichert war - sie sparen sich den energie- und zeitintensiven Boot-Prozess für den Neustart.

- Informationen werden ohne Strom erhalten, was den Energieverbrauch des Bauelements niedrig hält.

- Der Memristor vereint Logik und Speicher, was einer platzsparenden Integration von Bauelementen zuträglich ist.

Durch ihre Qualitäten könnte die Memristor-Technologie auch im Projekt Central Nervous System for the Earth (CeNSE) des IQSL eine konkrete Rolle einnehmen. Die Idee ist, durch ein globales Sensornetzwerk aus Milliarden von winzigen, robusten und preiswerten Detektoren die Vorgänge in der Umwelt transparent machen - angefangen bei Verkehrs-, Wetter- oder Straßenbedingungen über Schadstoffe in der Natur oder Bakterien in Nahrungsmitteln bis hin zu Materialschäden in Gebäuden oder Ölraffinerien.

Bisher existieren im Lab zwei nanoskalige und hochempfindliche Sensorprototypen für Bewegungen sowie für die spektroskopische Analyse - der Detektor spürt beispielsweise Salmonellen oder Pestiziden auf. Geplant sind noch Sensoren für Licht, Temperatur, Luftdruck, Wind und Luftfeuchtigkeit. Der Zeithorizont des Projekts erstreckt sich über zehn Jahre.
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