Kommunikation mit Nanotechnologie: klein, klug und fast grenzenlos

Symbolbild für den Themenbereich Kommunikation

1986 wog ein tragbares Telefon 8 Kilogramm und kostete rund 4.000 US-Dollar. Heute wiegt ein Smartphone mit MP3- und Videoplayer, Internetzugang und Organisierfunktion gerade mal 137 Gramm und kostet einen Bruchteil. In den letzten 20 Jahren hat sich das Gesicht unserer Informations- und Kommunikationsgesellschaft grundlegend gewandelt. Rasante Miniaturisierung hat zu immer schnelleren Prozessoren und leistungsfähigeren Speichermedien geführt.

Seit im Jahr 1958 der Amerikaner Jack Kilby den ersten integrierten Schaltkreis (Transistor) in der Größe einer Büroklammer baute, gelang es, immer kleinere Transistoren zu fertigen. Eine Faustregel der Informationstechnologie besagt, dass sich die Zahl der Transistoren pro Quadratzentimeter Chip-Fläche zirka alle 18 Monate verdoppelt. Werden die Leiterbahnen dünner als 10 NanometerNanometer
Ein Nanometer ist der milliardste Teil eines Meters.
, wirken sich die Gesetze der Quantenphysik immer stärker auf das Verhalten der Elektronen aus. An diesem Punkt wird die Nanotechnologie neue Strategien für die Informationsverarbeitung und -speicherung entwickeln müssen.

Möglicherweise werden zukünftig anstelle des heute verwendeten Halbleitermaterials Silizium neue Strategien aus der Nanotechnologie für Computerchips angewendet, um die physikalischen Grenzen der Elektronik zu überwinden. Vielleicht lässt man diese dann nach dem Prinzip der SelbstorganisationSelbstorganisation
Selbstorganisation ist ein thermodynamischer Prozess, bei dem Ordnung scheinbar "von selbst" entsteht.
sogar auf einer Oberfläche geordnet aufwachsen.

Der Computer der Zukunft könnte die Betriebsdaten sofort parat haben, ohne diese erst beim „Hochfahren“ von der Festplatte laden zu müssen. Für diese Funktion müsste er nach dem Prinzip nicht flüchtiger Speicher konstruiert sein, zu denen die PCRAM (engl: phase change random access memory) oder MRAM-Technologie (engl.: magnetoresistive random access memory) gehören. MRAM-Anwendungen werden bereits seit 1990 intensiv erforscht.

Die Nanotechnologie will im Bereich Information und Kommunikation zukünftig:

  • Licht zur Informationsspeicherung und Informationsverarbeitung zu nutzen
  • Elektronische und optische Bauteile bis in den Nanometerbereich zu strukturieren
  • Elektronische und optische Eigenschaften von Nanostrukturen zu erforschen und zu verbessern
  • Den Aufbau von Computerchips und Speichermedien zu optimieren
  • Rechenkapazität und Geschwindigkeit zu steigern und gleichzeitig die Kosten und den Stromverbrauch zu verringern
  • Die logische Verknüpfung, Speicherung und Verarbeitung von Daten durch neuartige Schaltungen und Bauelemente zu verbessern
  • Den technischen Fortschritt in allen mit der Elektronik und Optoelektronik verbundenen Branchen zu beschleunigen

Nanotechnologie kommt heute schon zum Einsatz:

  • Unterhaltungselektronik (z. B. Spielekonsolen)
  • Mobiltelefon, Handheld-Computer
  • PC und Internet
  • Mobile Navigation
  • Automobilelektronik (Sensoren und Steuerung)
  • Automatisierung industrieller Verfahren
  • Medizinische Datenverarbeitung (z. B. Bildverarbeitung von Computertomogrammen)

Beispielexponate Information & Kommunikation

Treffpunkt Nanowelten
Lesekopf einer Festplatte
Foto: Chris Shepherd

Nobelpreis für Nanoschichten im Festplattenkopf

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Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Nanostruktur
Foto: Dissertation M. Egen, Universität Mainz, 2003

Löchrige Lichtleiter

Mit Hilfe photonischer Kristalle sollen zukünftig wesentlich kleinere Funktionseinheiten für die optische Informationsübermittlung realisiert werden. mehr