Chips: Nanomagneten statt elektrischer Schaltkreise

Forscher der University of California, Berkeley (UC Berkeley), arbeiten derzeit an neuen Chips, die nicht mehr aus Silizium-Schaltkreisen bestehen, sondern aus Nanomagneten. Diese sollen nur einen Bruchteil der Energie heutiger Bauelemente benötigen, berichtete das Wissenschafts-Magazin 'ScienceDaily'. Die Speicherung und Verarbeitung von Informationen wird heute durch elektrische Schaltungen repräsentiert. Das hat den Nebeneffekt, dass eine Menge elektrischer Energie in Wärme umgewandelt wird. Die Forscher wollen statt dessen die einzelnen Bits durch die Ausrichtung magnetischer Felder darstellen.

Für die Ausführung einer Operation benötigen die Chips aus Nanomagneten theoretisch lediglich 18 Millielektronenvolt, was nach dem Landauer-Prinzip etwa dem geringstmöglichen Wert überhaupt entspricht. Heutige Rechner liegen hier bei einem Wert, der etwa eine Million Mal höher sein soll. "Selbst wenn wir um den Faktor 10 über der Landauer-Grenze bleiben, würde das eine enorme Reduzierung des Stromverbrauchs elektronischer Geräte bedeuten, sagte Jeffrey Bokor, Informatik-Professor an der UC Berkeley.

Der geringe Stromverbrauch kommt daher zustande, dass im Grunde nur ein auslösender Impuls abgegeben wird. Die eigentliche Berechnung wird im Schaltkreis durchgeführt, indem sich die Felder der zahlreichen kleinen, eng zusammengepackten Magneten gegenseitig beeinflussen. Aktuell arbeiten die Forscher mit Magneten, die 100 Nanometer dick und 200 Nanometer lang sind.

Die Wechselwirkung, die sie durch die polare Ausrichtung ihrer Magnetfelder aufeinander ausüben, gleicht dabei der Wirkungsweise eines Transistors. "Die Magnete selbst verfügen bereits über Speicherfähigkeit", so Brian Lambson, der gemeinsam mit Bokor an dem Projekt arbeitet. Die Herausforderung liege darin, funktionierende Rechnerarchitekturen daraus zu konstruieren.

Parallel zur Weiterentwicklung der Architekturen suchen die Forscher auch nach besser geeigneten Materialien. Dies wird notwendig, um kleinere Strukturen entwerfen zu können. Das Problem liegt hier darin, dass thermodynamische Effekte immer stärkere zufällige Fluktuationen hervorrufen, je weiter die Miniaturisierung voranschreitet. Magnet