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Polymere ionische Flüssigkeiten steigern Transistorenleistung

Flüssigpolymere für bessere Speichermedien

| Autor/ Redakteur: Susann Huster * / Christian Lüttmann

Die heutige Jugend kann sich wohl kaum noch vorstellen, dass noch vor wenigen Jahrzehnten „floppy discs“ mit ein paar Hundert Kilobyte der Stand der Speichertechnik waren. Heute gehen wir im Alltag längst mit vielen Gigabyte um. Damit diese Datenmengen auch schnell verarbeitet werden können, sind effektive Schaltungen vonnöten. Wissenschaftler der Universität Leipzig forschen mit weiteren Instituten deshalb an polymeren ionischen Flüssigkeiten für verbesserte Transistoren.

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Speichermedien fassen immer größere Datenmengen. Das erfordert neue leistungsstarke Transistoren, die diese effektiv verarbeiten können. (Symbolbild)
Speichermedien fassen immer größere Datenmengen. Das erfordert neue leistungsstarke Transistoren, die diese effektiv verarbeiten können. (Symbolbild)
(Bild: tvjoern/Pixabay, gemeinfrei / CC0)

Leipzig – Im digitalen Zeitalter fallen riesige Datenmengen an. Umso wichtiger ist es, Speicher zur Verfügung zu stellen, die schnell und effizient damit arbeiten können. Ein Ansatz ist dabei, die Schaltfähigkeit von Transistoren zu verbessern, also elektronischen Halbleiter-Bauelementen, die meist niedrige Ströme und Spannungen steuern und auch in Speicherelementen zum Einsatz kommen. Wie das anhand von leitfähigen polymeren ionischen Flüssigkeiten gelingen könnte, haben Chemiker und Physiker der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU), des Max-Planck-Instituts für Mikrostrukturphysik (MPI) und der Universität Leipzig untersucht.

Die Forscher studierten dazu den Bau und die Funktion von so genannten Feldeffekttransistoren. Dort lässt sich die Schaltfähigkeit verbessern, indem eine ionische Flüssigkeit als dünne Schicht im Transistor aufgebracht wird. Dieser Effekt ist bereits seit 1914 bekannt und wurde für organische Salze beschrieben, die bei unter 100 °C in einem flüssigen Zustand sind und ionische Eigenschaften besitzen. „Weil diese ionischen Flüssigkeiten jedoch nicht sehr anwendungsnah sind, haben wir polymere ionische Flüssigkeiten mit ähnlichen Eigenschaften entwickelt“, sagt Prof. Dr. Wolfgang H. Binder vom Institut für Chemie der MLU, der verantwortlich für die Polymersynthese war.

Schaltungen mit kognitiven Eigenschaften

Die polymeren ionischen Flüssigkeiten gehören nach Aussage der Forscher zu den vielversprechendsten Materialen in der Elektrochemie. Sie wurden als dünne Schicht im Feldeffekttransistor aufgebracht, der von Prof. Dr. Stuart Parkin am MPI entwickelt wurde. Anhand von elektrischer Spektroskopie untersuchte Prof. Dr. Friedrich Kremer von der Fakultät für Physik und Geowissenschaften der Universität Leipzig die Ladungsgeschwindigkeiten im Transistor.

Im Experiment zeigte sich, dass der Schaltvorgang mithilfe der dünnen Polymerschicht verbessert wurde und in tiefere Schichten hineinreichte. Der Vorteil der polymeren ionischen Flüssigkeiten ist, dass sie einfacher aufzubringen und anwendungsnäher sind, wie die Forscher betonen. Zudem weisen sie eine hohe mechanische Stabilität über viele Größenordnungen hinweg auf, wie etwa in Bezug auf ihre thermoplastischen, plastischen und gummiartigen Eigenschaften. Damit erweitern sie die Verwendungsmöglichkeiten der ionischen Flüssigkeiten erheblich. „Das Ziel ist zukünftig die Entwicklung neuer Transistoren, die mit neuartigen Schaltmechanismen kognitive – also adaptive und merkfähige – Eigenschaften erlangen können“, schließt Binder.

Originalpublikation: Senbin Chen, Falk Frenzel, Bin Cui, Fang Gao, Antonella Campanella, Alexander Funtan, Friedrich Kremer, Stuart S. P. Parkin and Wolfgang H. Binder: Gating effects of conductive polymeric ionic liquids. J. Mater. Chem. C, 2018,6, 8242-8250, Issue 30; DOI: 10.1039/c8tc01936c

* S. Huster, Universität Leipzig, 04109 Leipzig

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