Das Paul Scherrer Institut präsentiert Ergebnisse zur Forschung mit transparenten Oxiden. Diese weisen laut einer Mitteilung halbleiterähnliche Eigenschaften auf.
Mikrochips bestehen aus Silizium und arbeiten nach dem physikalischen Prinzip des Halbleiters. Ideen für neue Technologien nehmen in Forschungslaboren Form an. Milan Radovic vom Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen hat kürzlich ein Forschungsergebnis der Communication Physics zu transparenten Oxiden (TO) vorgestellt, wie es in einer Mitteilung heisst.
Radovic und seine Mitstreiter Muntaser Naamneh und Eduardo Guedes zusammen mit der Gruppe von Bharat Jalan von der University of Minnesota, USA, arbeiten laut dem Institut nicht mit Silizium, sondern mit Oxiden aus Übergangsmetallen (TMO). Sie hätten aussergewöhnliche und multifunktionale Phänomene wie Hochtemperatur-Supraleitung, magnetoresistiven Effekt, Metall-Isolator-Übergang und vieles mehr gezeigt. Was für den Laien zunächst verwirrend klingt, verspreche enorme Fortschritte für die Chip-Technologie der Zukunft.
Halbleiterähnliche Eigenschaften
In ihrer Arbeit zu der aktuellen Veröffentlichung konzentrieren sich die Forschenden auf Barium-Zinn-Oxid (BaSnO3). Es verbinde optische Transparenz mit hoher elektrischer Leitfähigkeit.
Seit einiger Zeit versuchten Forschende, Oxiden aus Übergangsmetallen sowie speziell transparenten Oxiden wie BaSnO3 und SrSnO3 halbleiterähnliche Eigenschaften zu entlocken. Gegenüber Silizium hätte das bahnbrechende Vorteile für optoelektronische Elemente: Mit diesen transparenten und leitfähigen sogenannten Perowskiten seien Schaltelemente möglich, bei denen die elektronischen Eigenschaften direkt mit den optischen Eigenschaften gekoppelt seien. Dadurch wären Transistoren denkbar, die sich mit Licht schalten liessen.
Spezialisiertes Labor
Der jetzt veröffentlichte Beitrag beschreibt laut dem Institut erhebliche Fortschritte im Verständnis der elektronischen Eigenschaften der Oberfläche von BaSnO3. Dabei sei die winkelauflösende Photoemissions-Spektroskopie an einer Strahllinie der Synchrotron Lichtquelle Schweiz (SLS) zum Einsatz gekommen, «um den zweidimensionalen elektronischen Zustands bei BaSnO3 aufzudecken, der neue Perspektiven für diese Materialklasse eröffnet», lässt sich Eduardo Guedes zitieren.
Die Forschenden verfügten am PSI über ein Labor, das darauf spezialisiert sei, solche dünnen Filme herzustellen, zu modifizieren und vollständig zu untersuchen. Ausserdem biete das PSI mit seiner SLS beste Voraussetzungen, um Stoffe mit hoher örtlicher und zeitlicher Auflösung zu durchleuchten. Solche spektroskopischen Methoden seien eine Spezialität des Schweizer Forschungszentrums. Weltweit existierten nur drei Orte, an denen alle diese Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt seien. «Am PSI schaffen und vereinen wir das Verständnis mit den experimentellen Fähigkeiten», so Radovic. Die Forschenden wollen nun herausfinden, welche anderen Stoffe noch ähnliche Eigenschaften zeigen und potenzielle Kandidaten für optische Mikrochips der Zukunft sein könnten.
Die Silizium-Technologie gehöre damit aber nicht zum alten Eisen, betont Milan Radovic. Diese sei hoch entwickelt und leistungsfähig. «Aber Technologie auf Basis von Oxiden aus Übergangsmetallen ist leistungsfähiger und vielfältiger – ihre Zeit wird kommen.»
