Ein Atom bewegt die Welt

15.10.2004

Transistoren sind heute in der Technik, Elektronik und Physik nicht mehr wegzudenken. Viele elektronischen Geräte funktionieren nur aufgrund von Transistoren. Der erste Transistor wurde im Jahre 1948 erfunden. Nun gibt es eine neue Variante - den Ein-Atom Transistor, entwickelt von Physikern aus Innsbruck und Oxford.

Ein Transistor ist ein elektronisches Halbleiterbauelement, das zum Schalten und Verstärken von elektronischem Strom verwendet wird. Der Transistor in seiner einfachen Form ist sozusagen ein Lichtschalter, mit dem das Licht an- bzw. ausgeschaltet werden kann. Der erste Transistor wurde im Jahre 1948 von William B. Shockley, John Bardeen und Walter Brattain in den Bell Laboratories erfunden. 1956 erhielten sie den Nobelpreis dafür. Dieser erste Transistor bestand aus einer kleinen Klammer, zwei schmalen Plättchen aus Gold und dem Halbleitermaterial Germanium. In den 50 Jahren wurde der Transistor eher skeptisch beurteilt - heute ist er diejenige technische Funktionseinheit, die in den höchsten Gesamtstückzahlen überhaupt produziert wurde. Im Jahre 2002 wurden laut Gordon Moore, dem Mitbegründer der Firma Intel, allein eine Trillion produziert. Zuerst fand der Transistor seine Verwendung beim Telefon. Dann wurde er zu einem der wichtigsten Bauteile des Computers.

In den letzten Jahren kam es zu einem Wettlauf um die Produktion des kleinsten Transistors. Wissenschaftler auf der ganzen Welt übertrumpften sich gegenseitig. Nun hat auch das Institut für Physik der Universität Innsbruck ein Wörtchen mitzureden. Gemeinsam mit Dr. Dieter Jaksch von der Oxford University entwickelten die Innsbrucker Physiker Andrea Micheli, Andrew Daley und Prof. Peter Zoller den Ein-Atom-Transistor. Dieser Transistor kann Ströme von neutralen Atomen in durch Licht erzeugten Leitungen steuern. Ein Ein-Atom Transistor ist ein Quantenschalter in dem sich das Atom gleichzeitig in zwei verschiedenen Zuständen befinden kann. Einerseits kann er den Fluss anderer Atome blockieren, was soviel bedeutet wie AUS und andererseits ist er dem Atomstrom gegenüber durchlässig, was soviel bedeutet wie EIN. Diese Fähigkeit, simultan in beiden Zuständen zu bestehen, macht den Ein-Atom Transistor zu einem möglichen Bauteil eines Quantencomputers.

Derzeit arbeitet Das Forschungsteam rund um Prof. Peter Zoller an der Erforschung der Eigenschaften dieses Transistors, sowie am Entdecken von Methoden, um ihn im Labor herzustellen. Dabei wird vor allem auch seine Robustheit unter realistischen experimentellen Bedingungen überprüft.

Der Ein-AtomTransistor könnte in atomaren Netzwerken eine ähnlich große Rolle spielen wie der Halbleitertransistor in der Elektronik. Er kann Quantenströme kontrollieren und erlaubt Messungen an Qubits, der kleinsten Quanteninformationseinheit. Durch seine Fähigkeit sich simultan in zwei Zuständen zu befinden, wird der Einsatz in Quantenrechnern möglich. Ein Quant ist die kleinste nicht mehr teilbare Menge eines Materials.

So kommt zu den bisher schon zahlreichen Varianten von Transistoren ein neuer, innovativer Transistor hinzu. Einer der kleinsten Transistoren mit einigen Nanometern, der die Welt bewegen und ihr neue Wege eröffnen wird. (mer)