Neues Kryo-Labor zur Erforschung bioinspirierter Elektronik

Die Technische Universität Ilmenau hat ein Kryo-Analytiklabor zur Grundlagenforschung an innovativen Materialien für die Mikro- und Nanoelektronik in Betrieb genommen. Inspiriert durch die Biologie, werden hier bei tiefsten Temperaturen neue Materialien für Elektronikkomponenten und -systeme erforscht.

Der wissenschaftliche Mitarbeiter Nicolas Neel am neuen Rastertunnelmikroskop (Bild: TU Ilmenau)

Die neuromorphe Elektronik, die an der TU Ilmenau entwickelt wird, ist hocheffizient und extrem energiesparend. Der Bau des Kryo-Analytiklabors erfolgte im Rahmen des vom Bundesministeriums für Bildung und Forschung geförderten Programms „Forschungslabore Mikroelektronik Deutschland (ForLab)“ und ist ein zentraler Bestandteil des Forschungslabors Mikroelektronik Ilmenau für neuromorphe Elektronik (ForLab NSME).

An der TU Ilmenau werden neuromorphe elektronische Systeme entwickelt, also mikroelektronische Bauelemente und Schaltungen auf der Basis neurobiologischer Gesetzmäßigkeiten. Die Mikroelektronik, die mit biologisch inspirierten Signalverarbeitungs- und Speichermechanismen funktioniert, ist gleichzeitig besonders leistungsstark und extrem energieeffizient. Dafür verknüpfen Wissenschaftler aus fünf Fachgebieten unter der Leitung von Prof. Martin Ziegler, Leiter des Fachgebiets Mikro- und nanoelektronische Systeme, sogenannte Memristoren mit supraleitenden und neuromorphen Schaltungen.

Der Begriff Memristor – zusammengesetzt aus den englischen Wörtern Memory für Gedächtnis und Resistor für Widerstand – beschreibt elektronische Bauelemente, die in der Lage sind, Informationen durch veränderbare Widerstandszustände zu speichern. Den Gedächtniseffekt, der dem von Synapsen, also der Kontaktstellen von Nervenzellen im Gehirn, ähnelt, erhalten die elektronischen Komponenten von der atomaren Struktur der Werkstoffe, aus denen sie hergestellt sind.

Leistungsstarke, energieeffiziente Elektronik, wie es das ForLab NSME erforscht, ist ein Gebot der Stunde. Die digitale Revolution hat weltweit zu einer rasanten Steigerung des Energiebedarfs geführt. Schon heute verbraucht die Hardware, die rund um den Globus in IT-Anwendungen eingesetzt wird, ein Viertel der gesamten weltweit produzierten elektrischen Energie – Tendenz stark steigend: Wissenschaftliche Hochrechnungen prognostizieren, dass in nicht einmal 15 Jahren die gesamte weltweite Produktion an elektrischer Energie nicht mehr ausreichen wird, um den Leistungsbedarf der IT-Hardware zu decken.

Für die Arbeiten in den Laboren des Zentrums für Mikro- und Nanotechnologien der TU Ilmenau wurden ein Tieftemperatur-Rasterelektronenmikroskop und ein Tieftemperatur-Rastertunnelmikroskop angeschafft und bereits in Betrieb genommen. Diese ultra-hochauflösenden Mikroskope erlauben es, die neuromorphen und supraleitenden Werkstoffe zu untersuchen. Werkstoffoberflächen lassen sich mit atomarer Präzision abbilden und deren elektronische Struktur hoch energieauflösend spektroskopieren. Prof. Stefan Sinzinger, Vizepräsident für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs der TU Ilmenau, zeigte sich bei der Eröffnung der neuen Forschungseinrichtung begeistert: „Mit diesem Labor für die hochauflösende Kryoanalytik haben wir hier in Ilmenau eine Ausstattung zur Verfügung, die uns im Bereich der Forschung und Entwicklung sensationelle Möglichkeiten bietet.“

tu-ilmenau.de

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