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24.02.2012

09:24 Uhr

Super-Speicher

Memristoren imitieren die „grauen Zellen“

Ein Rechner, der funktioniert wie ein menschliches Gehirn - davon kann die Computerbranche bislang nur träumen. Bielefelder Wissenschaftler haben jetzt immerhin bewiesen, dass das Ziel erreichbar ist.

Experimentalphysiker Andy Thomas arbeitet im Labor der Universität Bielefeld. Hier erforscht er mit seinem Team das Verhalten von Memristoren, neuartigen Speicherelementen, von denen er eines gerade mit der Pinzette aus dem Behälter nimmt. dpa

Experimentalphysiker Andy Thomas arbeitet im Labor der Universität Bielefeld. Hier erforscht er mit seinem Team das Verhalten von Memristoren, neuartigen Speicherelementen, von denen er eines gerade mit der Pinzette aus dem Behälter nimmt.

Bielefeld/Berlin/AachenWer das Labor von Andy Thomas betritt, sieht gelb. „Das Gelblicht brauchen wir, weil wir mit lichtempfindlichem Lack arbeiten“, erklärt der Experimental-Physiker. Thomas und sein Team von der Bielefelder Universität erforschen die sogenannten Memristoren. Ihre Messungen belegen, dass die elektronischen Bauteilchen ähnlich funktionieren wie die oft zitierten „grauen Zellen“. Das Ziel, einen Computer zu bauen, der ähnlich arbeitet wie das menschliche Gehirn, scheint einen Schritt näher gerückt zu sein.

Mit Hilfe der Memristoren sollen Computer entstehen, die beispielsweise selbstständig von ihrer Programmierung abweichen können, wenn eine neue Verbindung häufiger genutzt wird als die ursprüngliche: Wenn etwa eine Sonde auf Weltraummission ein unvorhergesehenes Objekt gleich mehrfach registriert, könnte sie eigenständig einen Beschluss fassen, nämlich dass es von Belang sein könnte, zumindest Daten über die Begegnung zu sammeln und zur Erde zu senden.

Stichwort: Memristoren

Wortherkunft

Der Name Memristor setzt sich zusammen aus den Worten „memory“ (Speicher) und „resistor“ (elektrischer Widerstand).

Ursprünge der Forschung

Die theoretische Basis für Speicherelemente mit Gedächtnisleistung legte 1971 der Amerikaner Leon Chua. Allerdings nahm dann die Entwicklung von Transistoren als Speicher einen zielgerechteren Verlauf als die Erforschung von Memristoren, Chuas Idee geriet in Vergessenheit. 2008 wurde seine Theorie von Wissenschaftlern des Unternehmens Hewlett Packard wiederentdeckt und ein erster Memristor entwickelt. Sie lösten damit eine neue Forschungswelle aus.

Forschungsstand

Inzwischen erforschen weltweit 30 Teams Memristoren. Die Chancen liegen in der hohen Leistungsfähigkeit bei geringem Energieaufwand. Praktische Anwendung finden Memristoren noch nicht. Denkbar ist die Ersetzung von Transistoren durch die viel kleineren Memristoren, aber auch die Entwicklung künstlicher Netzwerke, die sich den Funktionen eines menschlichen Gehirns nähern. Am konkretesten klingen Pläne, Memristoren auf Speicherkarten für Digitalkameras einzusetzen.

Weiterführende Quellen

Der Bielefelder Physiker Thomas hält eine kreisrunde Grundplatte in der Hand, den „Wafer“. Hier befinden sich mehrere hauchdünne, metallhaltige Schichten übereinander. Das Herzstück besteht aus einer Schicht Magnesiumoxid, die auf beiden Seiten von Kobalt-Eisen-Bor umgeben ist. Zusammen bilden sie die Funktionsschicht, aus der mittels Fotolithografie und Ätzung die Memristoren entstehen.

Dazu wird die Funktionsschicht mit Fotolack überzogen und belichtet. Was nach der Entwicklung vom Lack übrig bleibt, markiert die späteren Memristoren. Und nur, was sich unter dem Lack befindet, bleibt, die restliche Funktionsschicht wird komplett weggeätzt. Am Ende befinden sich auf dem Wafer zahlreiche winzige Türmchen der dreiteiligen Funktionsschicht: eine Vielzahl von Memristoren, die zusammen ein Nano-Speicherelement bilden, das Thomas und sein Team für ihre Untersuchungen benötigen.

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