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pte20230519020 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

Elektronik der Zukunft basiert auf Germanium

Struktur ähnelt der von Graphen und verhindert laut Universität Twente Erhitzung von Bauteilen


So sieht die schematische Struktur von Germanen aus (Illustration: utwente.nl)
So sieht die schematische Struktur von Germanen aus (Illustration: utwente.nl)

Enschede (pte020/19.05.2023/12:30)

Germanen, ein zweidimensionales Material aus Germaniumatomen, soll die Mikroelektronik revolutionieren. Es wird den Stromverbrauch von Mikroprozessoren und anderen Bausteinen drastisch reduzieren. Forscher der Universität Twente (UT) haben die Eigenschaften des Materials, einen sogenannten topologischen Isolator, entdeckt und gaben ihm den Namen in Anlehnung an Graphen. In der Frühzeit der Elektronik spielte Gemanium als Halbleiter eine wichtige Rolle, bis es von Silizium verdrängt wurde.

Wie ein Transistor schaltbar

Ein topologischer Isolator ist ein Festkörper, der sich in seinem Inneren wie ein elektrischer Isolator verhält, also trotz Anwesenheit eines externen elektrischen Feldes jeden elektrischen Strom vollständig verhindert, der aber gleichzeitig auf seiner Oberfläche die ungehinderte Bewegung von Ladungsträgern erlaubt. Germanen hat auch die einzigartige Fähigkeit, zwischen "Ein"- und "Aus"-Zustand zu wechseln, vergleichbar mit Transistoren. Dies könnte zu einer energieeffizienteren Elektronik führen.

"Im Moment verlieren elektronische Geräte viel Energie in Form von Wärme, weil Defekte im Material den Widerstand erhöhen. Dadurch können Geräte so heiß werden, dass die Elektronik zerstört wird. Aktuelle topologische Isolatoren haben komplexe Strukturen aus unterschiedlichen Elementtypen. Germanen ist einzigartig, weil es aus nur einem einzigen Element besteht", so UT-Forscher Pantelis Bampoulis. Um dieses Material herzustellen, haben die Experten Germanium mit Platin verschmolzen. Kühlt das Gemisch ab, bildet sich auf der Germanium-Platin-Legierung eine winzige Schicht von Germaniumatomen in Form eines Wabengitters, das nur eine Atomlage dick ist.

Elektronik erwärmt sich kaum

Die Möglichkeit, zwischen "Ein"- und "Aus"-Zustand zu wechseln, ebnet den Weg für die Entwicklung topologischer Feldeffekttransistoren. Diese könnten herkömmliche Transistoren in elektronischen Geräten ersetzen. Das Ergebnis wäre eine Elektronik, die sich nicht mehr oder kaum noch erwärmt, heißt es abschließend.

(Ende)
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