Je leest:

’s Werelds kleinste schakelaar

’s Werelds kleinste schakelaar

Auteur: | 21 januari 2009

Hang een waterstofmolecuul tussen twee uitgerekte gouddraadjes en het resultaat is een schakelaar van minder dan 1 nanometer breed. Promovendus Marius Trouwborst van de Rijksuniversiteit Groningen ontdekte dat hij de elektrische weerstand van het waterstofmolecuul kan veranderen door een spanning over de gouddraadjes te zetten. Met deze schakelaar hoopt Trouwborst de kleinste en zuinigste computerchips te bouwen.

Een beetje USB stick kan vandaag de dag minstens vier gigabyte aan gegevens opslaan. Zo’n stick kost je tien tot twintig euro maar dan loop je toch met een aardige harde schijf op zak. Aan het begin van de 21e eeuw was dat wel anders. Dan was je blij als je PC thuis tien gigabyte aan geheugen had. Het is de Wet van Moore: computerchips worden kleiner, terwijl de opslagruimte groeit. Maar hoe lang nog?

Deskundigen voorspellen dat er binnen tien jaar een einde komt aan de verkleining van chips. Dan kunnen de transistoren, de bouwsteentjes van de chips, simpelweg niet meer kleiner. Daarom is de wetenschap druk op zoek naar een kleiner alternatief voor de transistor. Nu komt de Rijksuniversiteit Groningen met een nieuwe suggestie: een waterstofschakelaar tussen twee gouddraadjes.

Een plaatje van de waterstofschakelaar, gemaakt met een elektronenmicroscoop. Het uitvergrote deel is een schets van het werkzame deel van de schakelaar. De blauwe bolletjes vormen samen een trillend waterstofmolecuul dat tussen twee piramides van goudatomen hangt. De piramides zijn het uiteinde van twee gouddraadjes. Een goudatoom is ongeveer 0,2 nanometer breed, een waterstofatoom slechts 0,05 nanometer. Dit is dan ook de kleinste schakelaar ooit.

Trillen

Promovendus Marius Trouwborst maakte de gouddraadjes slechts enkele goudatomen dun door de draadjes als een stuk kauwgom steeds verder uit elkaar te trekken. Uiteindelijk rangschikken de goudatomen zich aan het uiteinde van de draadjes in een piramidevorm. Zet de topjes van twee piramides tegenover elkaar en je kunt er een molecuul tussen vangen. Bijvoorbeeld een waterstofmolecuul. Zet er vervolgens een stroompje over en het gevangen molecuul begint te trillen.

Onderzoekers aan de Universiteit Leiden ontdekten dit hele systeem, inclusief het trillen, vier jaar geleden al. Maar Trouwborst vond een nieuwe eigenschap: tijdens het trillen verandert ook de elektrische weerstand van het waterstofmolecuul. Nu is het systeem een schakelaar. Een hoge of lage weerstand komt overeen met een aan- en uitstand. Net als in een transistor zijn deze standen de 0 en de 1 van een bit, de bouwsteen van een computerchip.

De Intel Core i7 is nu één van de snelste microprocessors op de markt. Toch voorspellen deskundigen dat er over tien jaar honderd keer zoveel transistors op een dergelijke chip passen. Maar dan is het echt afgelopen en past er geen transistortje meer bij. Tenzij wetenschappers een nieuw soort transistor uitvinden, worden computers over tien jaar niet meer sneller.

Ventilator

Volgens Trouwborst moeten we nog even wachten op de chip van gouddraad en trillende waterstofmoleculen. “We moeten heel veel onderzoek doen voordat we enkele moleculen kunnen gebruiken voor computerchips. Het ultieme doel is om enkele moleculen te gebruiken voor elektronica.”

Een ander voordeel van de chip met moleculaire schakelaars is een zeer laag energieverbruik. De kleine chips die we nu bouwen worden steeds warmer in het gebruik. Ga maar na: in alle laptops zit tegenwoordig een grote ventilator om de warmte af te voeren. Trouwborst: “De hoop is dat chips met moleculaire schakelaars dit probleem niet hebben. Sterker nog: we hopen dat geschakelde moleculen net als een snelle usb stick geen energie verbruiken. In dat geval zou een laptop een leven lang op een klein batterijtje kunnen werken.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 januari 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.