Supraleitender Transistor
Eiskalte Elektronik für Quantentechnologien
Im Rahmen des Projekts CONDOR werden spinbasierte Logik- und Speicherkomponenten für Quantencomputer entwickelt, die bei niedrigen Temperaturen zuverlässig funktionieren.
Das auf drei Jahre angelegte Projekt »CONDOR – superconducting spintronic devices for cryogenic electronics«, an dem das Fraunhofer IPMS in Dresden und das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle arbeiten, ist zu Beginn des Jahres gestartet. Das Interesse an kryogener Elektronik, also Elektronik, die bei sehr niedrigen Temperaturen arbeitet, ist in den letzten Jahren stark gestiegen. Sie wird beispielsweise im Weltraum benötigt, vor allem aber für Quantentechnogien, wo es häufig erforderlich ist, die Quantenbits auf kryogene Temperaturen zu kühlen, um ihre Stabilität zu verbessern. Denn nur wenn die elektronischen Komponenten bei sehr niedrigen Temperaturen funktionieren, können Quantencomputer zuverlässig arbeiten.
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»Das Projekt nutzt die Expertise in spintronischen und supraleitenden Materialien und Bauelementen an unserem Institut für Mikrostrukturphysik. Ergänzt wird dies durch das Know-how in den Bereichen Logik, Speicher und Integrationskompetenz auf 300-mm-Wafer-Maßstab am Fraunhofer IPMS«, sagt Prof. Dr. Stuart Parkin vom Max-Planck-Institut. Für beide Institute ist das nicht ganz neu, wie Dr. Benjamin Lilienthal-Uhlig vom Fraunhofer IPMS erklärt: »Das Fraunhofer IPMS und das Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik haben bereits erfolgreich im RASCAL-Projekt zusammengearbeitet, in dem neuartige spintronische Speicherbauelemente entwickelt wurden, die bei Raumtemperatur arbeiten. Diese Ergebnisse bilden einen wichtigen Bestandteil des CONDOR-Projekts.«
Supraleitender Transistor ist der Schlüssel
Im Projekt CONDOR soll ein neuartiger supraleitender Transistor entwickelt werden, der in kryogenen Logik- und Speicherelementen eingesetzt werden kann. Der Transistor wird aus einem schmalen supraleitenden Draht gebildet, an den eine Gate-Spannung angelegt wird. Im Rahmen des Projekts soll zunächst die Ursache für die Unterdrückung der Supraleitung in solchen Nanodrähten entschlüsselt werden, um dann supraleitende Feldeffekttransistoren sowohl in lateraler als auch in vertikaler Geometrie zu entwickeln, die bei CMOS-kompatiblen Spannungen arbeiten. Schließlich sollen diese kryogenen Transistoren sowohl als logische Elemente als auch als Schalter für den Zugriff auf magnetische Speicherelemente eingesetzt werden, um kryogene nichtflüchtige Speicher mit geringem Stromverbrauch zu ermöglichen. Bei den Speicherbauelementen handelt es sich um MTJs (englisch: Magnetic Tunnel Junctions), die speziell für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen entwickelt werden. Diese neuartigen kryogenen Logik- und Speicherbauelemente werden somit kryogene elektronische Chips ermöglichen, die supraleitende Materialien und Phänomene nutzen.
Am Ende des Projekts ist die Realisierung von Komponenten auf der Grundlage supraleitender Niederenergie-Elektronik, die im Wafer-Maßstab für supraleitende Rechensysteme sowie für zukünftige Quantencomputersysteme verwendet werden können.
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