Eine Art Trampolin, perforiert durch dreieckige Löcher. 0,2 Millimeter breit und mit einer „Sprungfläche“ von der Dicke vom 20. Millionstel eines Millimeters. Dieses Ding könnte das Design von Mikrochips revolutionieren.

Dies behauptet zumindest eine gemeinsame Studie von Wissenschaftler:innen der Universität Konstanz, Universität Kopenhagen und ETH Zürich. Sie wurde in der Zeitschrift Nature publiziert.

Bei dem Trampolin handelt es sich um eine extrem dünne Membran aus Siliziumnitrid. Es dient als Wellenleiter für Phononen. In der Festkörperphysik werden diese Quasiteilchen als Anreger eines elastischen Feldes verstanden. Sie beschreiben die Schwingungen des Kristallgitters eines festen Körpers.

Mit dem mikrofeinen Wellenleiter wollen die Forscher:innen diese Phononen in Bewegung bringen. Das Besondere an dem Trampolin: Es schwingt nicht nur von oben nach unten. Es kann Phononen auch um die Ecke transportieren.

Dies liegt an der Oberflächenstruktur der Membran. Basierend auf Prinzipien der mathematischen Topologie sind dort in regelmäßigen Abständen dreieckige Aussparungen eingestanzt. Durch diese Löcher entsteht laut der Studie eine Art Trampolin im Trampolin.

Wegen dieser Struktur können Phononen sogar um Ecken geleitet werden. Bei Versuchen schafften es die Teilchen fast verlustfrei um enge Kurven im Winkel von bis zu 120 Grad. Der Schwund an Phononen, die an einer Ecke zurückprallten, betrug dabei laut der Studie weniger als eins zu tausend. Nur eins von einer Million Phononen ging angeblich ganz verloren.

Wozu ist dieses mehrdimensionale Trampolin nun gut? Es könnte laut der Studie in Mikrochips verwendet werden. In deren Schaltkreisen müssen schließlich Signale über Ecken und Kurven hinweg weitergeleitet werden.

Phononen kommen bereits in manchen Mikrochips zum Einsatz, als Ergänzung oder Alternative zu Elektronen. Anders als Elektronen lösen sie weniger Hitzeentwicklung aus und sind damit energiesparender.