Molekulare Datenverarbeitung

Computer der übernächsten Generation: Moleküle statt Schaltkreise?

So wie wir heute über „vorsintflutige“ Rechner schmunzeln, die noch mit Röhren arbeiteten, werden unsere Kinder oder Enkel für unsere heutigen Computer nur ein Kopfschütteln übrig haben. Denn soviel ist klar: Der Siliziumchip als Baueinheit stößt langsam an seine Grenzen. Eine signifikante Steigerung der Rechenleistung ist nur mit anderen Technologien möglich. Eine der Zukunftsvisionen ist der Rechner auf Basis von Molekülen, die elektronische Bauteile wie Schalter und Drähte ersetzen.

Noch einen Schritt weiter gehen die Vorstellungen einer israelisch-deutschen Forschergruppe: Ein einzelnes isoliertes Molekül soll die Funktion eines gesamten logischen Schaltkreises übernehmen. Das hört sich zunächst nach komplizierten Molekülarchitekturen an, die erst mit ausgeklügelten Synthesestrategien hergestellt werden müssen. Offenbar geht es aber wesentlich einfacher: Auch gängige, simpel aufgebaute Moleküle können das Zeug zum logischen Gitter in sich tragen – man muss molekulare Phänomene nur einmal aus einem anderen Blickwinkel betrachten.

R. D. Levine vom Fritz Haber Research Center for Molecular Dynamics der Hebrew University in Jerusalem hat ein erstes Beispiel für ein „logisches“ Molekül gefunden. Zusammen mit einem Team um Karl L. Kampa, Max-Planck-Institut für Quantenoptik in Garching, hat er eine an sich altbekannte Reaktion der Salpetersäure neu interpretiert: Wird ein Salpetersäuremolekül erst mit Infrarotlicht (IR) und kurz darauf mit ultraviolettem Licht (UV) bestrahlt, zerfällt es in zwei Bruchstücke. Die überschüssige Energie wird dabei in Form von Fluoreszenz wieder abgegeben.

Durch die Brille der Boolschen Algebra betrachtet ist das Experiment ein Analogon für den logischen Operator UND. Denn nur wenn das Molekül sowohl die „Information“ IR-Blitz als auch die „Information“ UV-Blitz erhält, sendet es ein Fluoreszenzsignal als Antwort.

Nun kann man noch eine zusätzliche Variable ins Spiel bringen, indem man die Reihenfolge der Blitze, UV und IR, vertauscht. Liegt die zeitliche Verzögerung zwischen den Blitzen in der Größenordnung weniger Pikosekunden (10-12 s), kann man beide Fälle anhand der Intensität der Fluoreszenz unterscheiden. Der resultierende logische Schaltkreis ist eine komplexe Verknüpfung dreier UND- und eines NICHT-Gitters.

Einen kleinen Schönheitsfehler hat der beschriebene „molekulare Schaltkreis“ allerdings noch: Das Molekül wird bei der „Datenübertragung“ zerstört. Levine und seine Kollegen haben aber schon andere Kandidaten im Auge, die sich innerhalb von Pikosekunden regenerieren lassen.

Kontakt:

Prof. Dr.R.D. Levine
The Fritz Haber Research Center for Molecular Dynamics
The Hebrew University
Jerusalem 91904
Israel

Fax: (+972) 2-651-3742

E-Mail: rafi@fh.huji.ac.il

Quelle: Angewandte Chemie 2001, 113 (13), 2580-2582
Hrsg.: Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh)