Forschungs-Highlights

2008

Entwicklung des weltweit ersten integrierten Schaltkreises auf atomarer Skala. Dabei wurde die unabhängige und gleichzeitige Operation von zwei atomaren Transistoren auf ein- und demselben Chip bei Raumtemperatur nachgewiesen.

Dieser Nachweis ist entscheidend, um zu zeigen, dass atomare Transistoren im Prinzip in beliebiger Zahl zu einem integrierten Schaltkreis vereinigt werden können – die Basis für den Einsatz als Bauteile für eine »atomare Quantenelektronik«.

2006

Entwicklung des »Chemical Contrast Imaging«, einer neuen Rasterkraftmikroskopie-basierten Methode, die die Abbildung chemischer Muster auf Oberflächen mit Ortsauflösung auf der Nanometersksla erlaubt, unabhängig davon, ob diese mit einer Topographieänderung verbunden sind oder nicht (Patentanmeldung 2006). Die Abbildung chemischer und biofunktioneller Muster auf Oberflächen ist ein zentrales Problem für viele wissenschaftliche und technische Fragestellung, da das Verhalten einer Oberfläche (Korrosionsbeständigkeit, Biokompatibilität etc.) durch die chemische Funktionalität der obersten Lage bestimmt ist, diese aber – insbesondere mit hoher Ortsauflösung im Nanometerbereich – mit konventionellen Methoden nicht abbildbar ist.

2004

Entwicklung des weltweit ersten atomaren Transistors. Der Transistor öffnet und schließt einen elektrischen Stromkreis kontrolliert über die Bewegung eines einzelnen (!) Silberatoms. Das Silberatom wird über eine kleine Spannung an einer externen Steuerelektrode bewegt und öffnet bzw. schließt eine winzige Lücke in einem Stromkreis. Der Einzelatomtransistor funktioniert bei Raumtemperatur und kann problemlos Ströme von einigen Mikroampere schalten – er lässt sich damit also problemlos in konventionelle elektronische Schaltungen integrieren.

Im Vergleich zu konventionellen Transistoren in heutigen Computer-Prozessoren benötigt er aber einen Faktor 10 000 weniger Energie.

Atomare Transistoren funktionieren nach einem ganz neuen Schaltmechanismus. Sie sind völlig neuartige Transistoren in mehrfacher Hinsicht:

• Es handelt sich erstmalig um atomare Transistoren.
• Es handelt sich um quantenelektronische Bauteile; ihr Leitwert ist durch die Gesetze der Quantenmechanik auf 2e²/h und Vielfache dieses Wertes festgelegt.
• Es handelt sich erstmalig und Transistoren, die vollständig aus Metall aufgebaut sind (Metall-Transistoren) und die nach einem  ganz anderen Prinzip den elektrischen Strom schalten als konventionelle Transistoren. Der vollständige Verzicht auf die Verwendung von Halbleitern ermöglicht die sehr niedrigen Schaltspannungen und damit auch den geringen Energieverbrauch der Bauteile (Energieverbrauch um Faktor 10 000 niedriger, s.o.).
  Daneben stellen schaltbare atomare Quantenpunktkontakte und Transistoren ideale Modellsysteme dar, um grundlegende Fragen des quantisierten elektronischen Transportes zu untersuchen.

2000

Demonstration der „Nanofräse“ als CNC-Maschine zur Materialbearbeitung auf atomarer Skala. Der Vorschub (Materialabtrag) pro Arbeitszyklus der Nano-Fräsmaschine beträgt lediglich eine atomare Gitterkonstante. Detailliertes Verständnis des Strukturierungsmechanismus als mechanochemisches Ätzen und Anwendung des Prozesses zur Nanolithographie an unterschiedlichtsten Materialsystemen (Isolatoren, Halbleiter, Metalle). Auszeichnung mit dem Landesforschungspreis Baden-Württemberg.
Ausweitung des Verfahrens zum „Molecular Editing“ zum gezielten Schreiben von chemischen Oberflächenmustern auf der Nanometerskala.

1990

Entwicklung des ersten schaltbaren Speicherelementes auf atomarer Skala (ein Speicherbit bestehend aus drei Atomen), mit Stabilität bei Raumtemperatur und unter Umgebungsbedingungen. Auszeichnung mit dem Philip Morris Forschungspreis.

1989

Polymer mit der weltweit höchsten elektrischen Leitfähigkeit (spezif. Leitfähigkeit höher als die des Kupfers) im Koop. mit BASF. Untersuchung und Verständnis der Ladungstransportmechanismen auf der Basis des Nachweises und der Quantifizierung nanoskaliger Potentialbarrieren-Strukturen.