Wasser ist normalerweise etwas, das man von elektronischen Schaltkreisen fernhalten möchte. Forscher der Ruhr-Universität Bochum haben aber jetzt ein neues Konzept für wasserbasierte Schalter entwickelt, die viel schneller sind als aktuelle Halbleitermaterialien.
Transistoren sind ein grundlegender Bestandteil elektronischer Systeme und verarbeiten im Grunde genommen Daten, indem sie zwischen leitenden und nichtleitenden Zuständen – Nullen und Einsen – wechseln, wenn die Halbleitermaterialien in ihnen auf elektrische Ströme treffen. Die Geschwindigkeit dieses Umschaltens (zusammen mit der Anzahl der Transistoren in einem Chip) ist ein Hauptfaktor dafür, wie schnell ein Computersystem sein kann.
Salziges Wasser
Die Innovation der Bochumer Forscher besteht in einem neuartigen Schaltkreis, der deutlich schneller schalten kann als bisherige Halbleitermaterialien. Der Hauptbestandteil ist überraschenderweise Wasser, in dem Jodid-Ionen gelöst sind, um es salzig zu machen. Eine speziell angefertigte Düse bläst dieses Wasser zu einem abgeflachten Strahl auf, der nur wenige Mikrometer dick ist. Als nächstes wird ein kurzer, aber kraftvoller Laserpuls in den Wasserstrahl geschossen. Dadurch stoßen Elektronen aus den gelösten Salzen heraus, was im Wesentlichen die Leitfähigkeit des Wassers erhöht. Ein zweiter Laser kann zurücklesen, in welchem Zustand sich das Wasser befindet, und bietet die “Ein”- und “Aus”-Optionen eines vorhandenen Transistors. Die Forscher haben ihre Ergebnisse im Journal APL Photonics veröffentlicht.
Weil der Laserpuls so schnell ist, kann das Wasser in wenigen Pikosekunden, also Billionstel Sekunden, den Zustand wechseln. Dies entspricht potenziellen Rechnergeschwindigkeiten im Terahertz-Bereich (THz) – das sind 1.000 GHz, was viel schneller ist, als jeder bestehende Halbleiter schalten kann. Natürlich ist dies im Moment nur ein Konzept, und wie genau wasserbasierte Schaltkreise praktisch skaliert werden könnten, bleibt abzuwarten, aber es ist trotzdem eine faszinierende Idee.
Ob tatsächlich Computer auf Wasserbasis auf unseren Schreibtischen stehen, ist allerdings fraglich. Die schnellen Transistoren können derzeit nur im Labor eingesetzt werden. Außerdem benötigen sie viel Raum, weit mehr als ein großer Schreibtisch bieten könnte. Insbesondere die Erzeugung des Wasserstrahls ist recht unpraktisch für ein kompaktes Gerät. Laser und Optik müssten ebenfalls verstaut werden. Außerdem muss es gelingen, Eingangssignale so schnell zu erzeugen, dass die kurzen Schaltzeiten genutzt werden können. Die Bochumer Innovation wird daher eher als Inspiration gesehen, die neue Technologien auslösen könnte.
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Bild: Adrian Buchmann, Ruhr Universität Bochum
