Neuer Chip hält extreme Temperaturen aus:
700 Grad sind kein Problem

Chips sind eigentlich ziemlich empfindlich, wenn sie mit extremen Temperaturen konfrontiert werden. Eine Neuentwicklung von der University of Southern California könnte aber selbst unter den Bedingungen der Venus sicher mit Daten umgehen.

Memristor für diverse Anwendungen

Der neuartige Speicherbaustein bleibt selbst bei Temperaturen von bis zu 700 Grad Celsius stabil funktionsfähig. Das berichten die Wissenschaftler um Joshua Yang im Fachjournal Science. Damit könnte eine der größten technischen Hürden moderner Elektronik überwunden sein, was ihren Einsatz unter schwierigen Bedingungen angeht.

Bislang stoßen elektronische Geräte vom Smartphone bis hin zu Satelliten bei etwa 200 Grad Celsius an ihre Grenzen. Oberhalb dieser Schwelle beginnen Bauteile zu versagen, da Hitze die Materialstruktur verändert und Kurzschlüsse verursacht. Der neue Ansatz aus Kalifornien verschiebt diese Grenze nun drastisch nach oben. Die getesteten Bauteile zeigten selbst bei 700 Grad keine Ausfälle, und das sei nicht einmal die maximale Belastbarkeit gewesen, sondern lediglich die Grenze der verfügbaren Testgeräte, so die Forscher.


Im Zentrum der Entwicklung steht ein Memristor, ein nanoskaliges Bauelement, das sowohl Daten speichern als auch Rechenoperationen durchführen kann. Die Konstruktion besteht aus Wolfram-Elektroden, einer dünnen Schicht aus Hafniumoxid sowie einer Lage Graphen. Alle drei Materialien sind für ihre außergewöhnliche Hitzebeständigkeit bekannt.

Wiedermal Graphen

Besonders entscheidend ist dabei das Zusammenspiel von Wolfram und Graphen. In herkömmlichen Bauteilen wandern Metallatome bei hohen Temperaturen durch die isolierende Schicht und verursachen Kurzschlüsse. Das Graphen verhindert diesen Prozess: Die Atome können sich an seiner Oberfläche nicht festsetzen, ein Effekt, den die Forscher mit detaillierten Mikroskopie- und Simulationstechniken untersuchten.

Die Entdeckung verdankt man dabei ein Stück weit auch dem Zufall. Das Team arbeitete ursprünglich an einem anderen Projekt, als es auf die ungewöhnlich stabilen Eigenschaften der eingesetzten Material-Kombination stieß.

Die potenziellen Anwendungen sind vielfältig: Raumfahrtmissionen, etwa zur extrem heißen Venus, könnten von robusterer Elektronik profitieren. Auch in der Geothermie oder in Kernkraft- und Fusionsanlagen werden Sensoren benötigt, die extremen Temperaturen standhalten. Noch liegt aber ein weiter Weg zwischen Laborergebnis und industrieller Nutzung.




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