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30.10.2006
Folge 15

Mit Molekülen schalten

Es ist schon einige Jahre her, dass ich das Forschungsinstitut der IBM in Rüschlikon in der Schweiz besuchen konnte. Ich fuhr mit höchster Hochachtung dort hin, denn immmerhin kamen in den letzten Jahren zwei Nobelpreise von dort.

Das, was ich in einem langen Rundgang dort sehen konnte, war hochinteressant und allerdings z.T. auch schwer zu verdauen. Die Probleme der Forscher an der IRDA Schnittstelle, die habe ich ja noch leicht verstanden. Sie hatten ihre Institutsräume nach Süden und immer dann, wenn die Sonne kräftig scheinte, bekamen sie ihre Probleme damit. Die Infrarotdioden wurden einfach vom Licht zugemacht. Sie wünschten sich einen Umzug in den Nordteil des Institus. Ein sicherlich seltenes Unterfangen.

Als es dann an die elktronische Nase ging, da wurde das Verständnis schon ein wenig mehr gefordert. Vor allem sah man an dem Versuchsaufbau nichts - aber auch gar nichts von einer Nase. Und auch die erklärten Versuche mit der Apparatur machten das Problem nicht durchsichtiger.

Im Labor dann für Glasfasertechnologie wurde es wieder bunter. Hier zeigte man uns, wie man mit Multiwellenlängen Lasern aus einer Glasfaser das Datenvolumen erhöhen kann, wenn man mehrfarbige Laserstrahlen nutzt. Das ist heute ja schon gang und gäbe.

Jedenfalls passte eine der letzten Meldungen genau in das Raster, das ich mir von Rüschlikon aufgebaut habe. Mit Molekülen schalten, warum eigentlich nicht gleich mit Atomen?  Bei den weiteren Erklärungen nutze ich die Pressemitteilung aus Rüschlikon.

Forscher im IBM Rüschlikon Forschungslabor haben vorgeführt, dass ein einzelnes Molekül zwischen zwei verschiedenen Ladungszuständen wie an/aus hin und hergeschaltet werden kann. Damit kann man mit einem einzelnen Molekül bereits Daten speichern.

Die Experimente zeigen, daß bestimmte Molekültypen intrinsische Eigenschaften haben, die vergleichbar mit Baukomponenten in der heutigen Halbleitertechnologie sind. Dieses Ergebnis ist ein weiteres vielversprechendes Ergebnis aus den IBM Forschungslaboren in der Bemühung, neuartige Technologien für die Post-CMOS-Ära (CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor) zu entdecken und zu entwickeln.


Dr. Heike Riel

Heike Riel und Emanuel Lörtscher realisierten einem Schalter und Speicherelement, bestehend aus einem einzelnen Molekül. Unter Nutzung einer raffinierten mechanischen Methode konnten sie einen elektrischen Kontakt zu einem einzelnen Molekül schaffen, um eine umkehrbare und steuerbare Schaltung zwischen zwei Ladungszuständen zu schaffen.

Diese Untersuchung ist Teil der Arbeit der Forscher, Moleküle auf ihre Eigenschaft und Nutzbarkeit zu untersuchen als mögliche künftige Bausteine für Speicher-und Logikanwendungen. Mit der Dimension eines einzelnen Moleküls in der Größenordnung von einem Nanometer (ein Millionstel eines Millimeters), stellt Molekularelektronik die ultimative Grenze der Miniaturisierungsmöglichkeit dar, weit jenseits der heutigen Silizium-basierten Technologie.

Die Ergebnisse zeigen,dass diese Moleküle Eigenschaften aufweisen, die dazu verwendet werden können, die gleichen logischen Operationen durchzuführen, wie sie in heutiger Informationstechnologie verwendet werden. Durch die Anwendung von Spannungspulsen bei einem Molekül kann es steuerbar zwischen den Zuständen "an" und "aus" hin und her geschaltet werden. Diese entsprechen den "0" und "1"-Zuständen, auf denen Datenspeicherung basiert. Darüberhinaus sind beide Ladungszustände stabil und ermöglichen ein zerstörungsfreies Auslesen des Bit-Status - eine Voraussetzung für nicht-flüchtige Speicheroperationen. Die IBM Forscher haben dies durch wiederholte Schreib-Lese-Lösch-Lese-Zyklen nachgewiesen. Mit diesem Einzel-Molekül-Speicherelement haben Riel und Lörtscher mehr als 500 Schaltzyklen und Schaltzeiten im Mikrosekundenbereich zeigen können.

Wesentlich für die Untersuchung der innewohnenden Eigenschaften von Molekülen ist die Fähigkeit, diese einzeln anzusprechen. Für diesen Zweck haben Riel und Lörtscher eine Methode erweitert, die "mechanically controllable break-junction (MCBJ)" genannt wird. Mit dieser Technik wird eine Metallbrücke auf einem isolierenden Substrat vorsichtig durch mechanische Beugung gedehnt. Irgendwann bricht die Brücke ab und schafft zwei Elektroden,die Spitzen in atomarer Größe besitzen. Die Lücke zwischen den Elektroden kann mit Pikometer-Genauigkeit (ein Tausendstel eines Nanometers oder ein Billionstel Meter) gesteuert werden aufgrund des sehr hohen Übertragungsverhältnisses des Beugemechanismus. In einem nächsten Schritt wird eine Lösung organischer Moleküle auf der Spitze der Elektroden positioniert. Wenn die Verbindung sich schliesst, kann ein Molekül, das sich an beide Metallelektroden anbinden kann, die Lücke überbrücken. Auf diesem Weg ist ein einzelnes Molekül zwischen den Elektroden "eingefangen" und die Messungen können durchgeführt werden.

Die Moleküle, die untersucht wurden, sind speziell entwickelte organische Moleküle, die nur ca. 1,5 Nanometer lang sind. Das ist ungefähr ein hunderstel der Größe eines aktuellen CMOS-Elements. Die Moleküle wurden entwickelt und synthetisiert von Professor James M. Tour und Mitarbeitern an der Rice University in Houston, Texas.

"Der Hauptvorteil der Ausnutzung von Transporteigenschaften auf molekularem Maßstab ist, daß diese fundamentalen Bausteine wesentlich kleiner als heutige CMOS-Elemente sind", erläutert die leitende Forscherin Heike Riel vom IBM Rüschlikon-Labor. "Darüberhinaus erzeugt chemische Synthese völlig identische Moleküle, die im Prinzip Bausteine ohne Varianz sind. Dies erlaubt uns, ein bekanntes Problem zu umgehen, das CMOS-Elemente betrifft, wenn sie auf immer kleinere Dimensionen geschrumpft werden. Zusätzlich hoffen wir, noch weitere, bisher unbekannte Eigenschaften zu entdecken, die Silizium und verwandte Materialien nicht haben."

Vielversprechende Nanotechnologien für die Post-CMOS-Zeit

Der Einzel-Molekül-Schalter ist der jüngste Erfolg in einer Serie bahnbrechender Ergebnisse, die von IBM Forschern erreicht wurden auf dem Weg, neuartige Technologien zu erkunden und zu entwickeln, um die konventionelle CMOS-Technologie zu überwinden. Die Miniaturisierung der Grundbausteine von Mikroprozessoren und dadurch die Schaffung zusätzlicher Funktionalität auf der gleichen Grundfläche wird auch als Skalierung bezeichnet. Dies ist das Hauptprinzip, das die Halbleiterindustrie antreibt. Bekannt als "Moore's Law", das besagt, daß die Transistormenge auf Halbleiterchips sich ungefähr alle 18 Monate verdoppelt, hat dieses Prinzip die Chip-Industrie in den vergangenen vierzig Jahren regiert. Das Ergebnis war die dramatischste und beispielloseste Leistungssteigerung, die jemals bekannt wurde.

Die CMOS-Technologie wird ihre endgültige Grenze voraussichtlich in zehn bis fünfzehn Jahren erreichen. Wenn Chipstrukturen,die gegenwärtig Dimensionen von circa 40 Nanometer haben, weiter jenseits der 20 Nanometer-Marke schrumpfen, tauchen weitere komplizierte Herausforderungen auf. Skalierung scheint daher ökonomisch nicht weiter machbar. Und unterhalb 10 Nanometer werden die fundamentalen physikalischen Grenzen der CMOS-Technologie erreicht. Daher sind neuartige Konzepte erforderlich.

Zur weiteren Steigerung der Computerleistung jenseits von CMOS werden fundamental unterschiedliche Konzepte und Architekturen bei IBM erforscht. Unter den Technologien, die der Realisierungsmöglichkeit am nächsten sind, sind die Kohlenstoff-Nanoröhren und halbleitende Nanodrähte. Weitere Forschung findet auch im Bereich von Spintronics statt. Durch die Vorstellung des Einzel-Molekül-Speicherelements haben IBM Forscher gezeigt, daß Molekularelektronik ebenfalls ein valider post-CMOS-Kandidat ist. Damit wurde ein weiterer großer Schritt hin zu den endgültigen Grenzen der Miniaturisierung getan.

Bilder sind verfügbar für Download unter der unten stehenden Internetadresse http://www.zurich.ibm.com/news/06/moleculeswitch.html.

Zusätzliche Informationen über das IBM Rüschlikon Forschungslabor: www.zurich.ibm.com.

Die Meldung klang so interessant für mich, dass ich sie fast komplett auf der Seite gelassen habe. Wir hatten die Möglichkeit, das Interview mit der leitenden Forscherin Heike Riel zu führen.

Ich überlegte mir, was wohl Konrad Zuse zu diesen Möglichkeiten sagen würde. Er benutzte ja Relais, um den Schalter zu realisieren. Diese Relais wickelte er auch noch eigenhändig um. Ingesamt 2400 Stück. Wenn jetzt ein Molekül die gleiche Arbeit wie ein Relais verrichtet, dann ist das nicht nur bemerkenswert, sondern fast schon ungkaublich.


IMSI-Catcher - jetzt erlaubt

Bundesverfassungsgericht
Karlsruhe erlaubt Einsatz von „Imsi-Catchern“

Vor ein paar Tagen, genauer gesagt, 13. Oktober 2006, hat Karlsruhe den langen Streit zwischen Gegner der Abhörmaßnahme und der Polizei als Befürworter entschieden.

Die Polizei darf ein „Imsi-Catcher“ genanntes Gerät einsetzen, um die Position, Kartennummer (Imsi) und Gerätenummer (IMEI) eines Mobiltelefons zu ermitteln. Nach einem am Freitag in Karlsruhe veröffentlichten Beschluß des Bundesverfassungsgerichts verstößt der Einsatz des Imsi-Catchers nicht gegen das Fernmeldegeheimnis, weil dabei nur technische Geräte miteinander kommunizieren und es an einem„menschlich veranlaßten Kommunikationsvorgang“ fehlt.

Das mobile Gerät simuliert eine Basisstation des Mobilfunknetzes und veranlaßt, dass sich bei ihm alle eingeschalteten Handys in einem gewissen Umkreis mit ihrerKarten- und Gerätenummer anmelden. Das ermöglicht auch eine präzise Standortbestimmung einzelner Mobiltelefone.

Damit scheiterten eine Bürgerrechtsorganisation und weitere fünf Kläger vor Gericht. Laut Beschluß wird ihr Recht auf informationelle Selbstbestimmung nicht verletzt, wenn etwa bei der Observation eines Straftäters auch ihre Handydaten kurzfristig in dem Imsi-Catcher gespeichert werden. Das führe zudem nicht zu einer Identifizierung unbeteiligter Dritter, da alle technischen Kommunikationsdaten vom Imsi-Catcher automatisch und anonym abgeglichen und nicht gesuchte Daten automatisch gelöscht würden.
AZ: 2 BvR 1345/05


Die technische Funktion erklärt:
http://www.datenschutz-und-datensicherheit.de/jhrg26/imsicatcher-fox-2002.pdf

Mein Kommentar:
Die Begründung der Zulassung klingt schon sehr verwegen. Auch wenn mein erklärtes Ziel ist, ein Mobiltelefon abzuhören, so fehlt es an einem "menschlich veranlassten Kommunikationsvorgang". Wer hat den dann veranlasst? Der Imsi Catcher von alleine, dann hätten wir eine neue Generation von technischen Geräten.
Da hat man wohl lange nach einem Greund gesucht, um so etwas begründen zu können. Es kommt mir ein bisschen so vor, als hätte man sich an das Verbot von Radarwarngeräten erinnert. Nachdem auch hier kein direkter Grund gefunden werden konnte, warum man ein solches Gerät verbieten sollte, beschloß man, dass diese Geräte mehr als ein Bit empfangen und deshalb eine Zulassung benötigen, die natürlich nicht erteil wurde. Wer sagt denn, dass Juristen keine Phantasie hätten? wb


Sicherheit für 100 $ Laptop

Wir hatten in einer der letzten Sendungen ja das Projekt 100 Dollar Laptop für die Dritte Welt ausführlich besprochen. Jetzt machen die Entwickler mit einem neuen Sicherheitskonzept auf sich aufmerksam.

Wenn alles klappt wie geplant, werden im Rahmen des  Projekts 'One Laptop per Child' (OLPC) im ersten Jahr 100 Millionen 100-Dollar-Laptops ausgeliefert.

Bei einer solchen Menge gleichartiger Computer muss man natürlich besonders sichere Rechner ausliefern, am besten mit einem völlig neuem Design.

Schließlich werden durch das Projekt Millionen von Rechner mit identischem Hardware- und Software auf den Markt gebracht – das ideale Spielfeld für Hacker und deren Freunde. Die Verantwortlichen der OLPC-Foundation haben deshalb jetzt die besten Hacker und Cracker der Welt um Hilfe gebeten.

"Für die Sicherheit dieser Rechner zu sorgen, ist ohne Zweifel die schwierigste Aufgabe, an der ich je gearbeitet habe", sagte Ivan Krstic, der für die Sicherheit des OLPC-Projekts verantwortlich ist. Den größten Teil des Jahres hat Krstic auf Sicherheitskonferenzen weltweit verbracht, im Gespräch mit Hackern und auf der Suche nach Sicherheitsexperten, die ihm nützliche Hinweise geben können. "Wir wollen mit Hackern in Kontakt treten, die das Material prüfen, mit den Rechnern spielen und versuchen, in sie einzubrechen. Wir haben möglicherweise etwas falsch gemacht und das ist etwas, was wir uns nicht leisten können", so Krstic gegenüber US-Medien.

Er sei sich der Gefahren durchaus bewusst. Wenn das Projekt ein Erfolg werde, habe man die größte Monokultur in der Computerindustrie geschaffen. "Die Frage, ob das furchterregend ist oder nicht, ist nicht trivial. Die Sicherheitsauswirkungen sind sehr beängstigend." Die allgemeinen Designziele wurden bereits an den Security Panel der OLPC zur Überprüfung weitergereicht, Krstic will das Material zudem der Öffentlichkeit zur Verfügung stellen, um so Anregungen aus der Open-Source-Szene einzuholen.

Trotz dieser Probleme – an Interesse an dem Projekt mangelt es nicht. Wie die New York Times berichtet, hat Libyen 1,2 Millionen 100-Dollar-Laptops für die Schulkinder des Landes bestellt, inklusive kostenlosem Internetzugang. Ein entsprechendes Abkommen wurde mit den OLPC-Organisatoren bereits geschlossen. Für insgesamt 250 Millionen Dollar bekommt das afrikanische Land bis 2008 die Laptops, dazu einen Server pro Schule, technische Unterstützung und Internetzugang via Satellit. Zudem prüft das wohlhabende Libyen, ob auch Laptops für arme Länder wie Tschad, Niger oder Ruanda bezahlt werden sollen.

Die ersten Testmodelle des Laptops  sollen bereits im November ausgeliefert werden, die Serienfertigung ist für den kommenden Sommer geplant. Auch Argentinien, Brasilien, Nigeria und Thailand haben bereits Laptops bestellt.

Somit könnte es gelingen, den armen und unterentwickelten Ländern den Anschluß an die Bildung der Welt zu ermöglichen. Es wäre zu hoffen.


Btx - Schlecht vermarktet

Man kann sagen, was man will: die Einführung eines elektronischen Kommunikationssystem Anfang der 80er Jahre in Deuitschland war ein innovatives Unterfangen. Kaum ein  weiteres Land auf der Welt hatte so früh ein Medium, in dem fast all das gemacht werden konnte, was heute das Internet anbietet.

Natürlich wurden schwerwiegende Fehler gemacht, die aber weitgehend auch dem Zeitgeist und der noch fehlenden Technik zugeordnet  werden müssen. Die Existenz eines Bundesministeriums, das sich Bundespostministerium nannte, und die Einmischung der Politik, die den Bildschirmtext in einen Staatsvertrag zwängte, waren der Tod der Veranstaltung. Auf der einen Seite wollte fortschrittlich sein und auf der anderen Seite schrieb man Technik von 1983 als Standard vor, der lange Zeit nicht geändert werden durfte. Alle Systeme, die einer Normung unterliegen haben Schwierigkeiten, notwendigen technischen Neuerungen zu folgen.

Bei Btx waren es einige Marketingfehler, die dazu führten, dass für den Verbraucher das System zu teuer wurde. Die Vorschriften verlangten eine für die damalige Zeit sehr hochwertige Technik, die zwischen 1000 und 2000 Mark lag. Und dann kamen für alles Kosten hinzu, wenngleich man am Anfang mit kostenlosen Probezeiten lockte. Doch die waren irgendwann zu Ende.

Die tolle Einrichtung, dass man schon sehr früh in Deutschland einen elektronischen Postdienst nutzen konnte, wurde durch zwei Faktoren stark gebremst. Die eine ganz große Hürde bestand darin, dass man kaum jemanden kannte, dem man eine Mail schicken konnte, weil das System so schwach vertreten war. Das wäre so, wenn Sie heute eine Email versenden wollten an jemanden, der keinen Internetanschluß hat. Auch das wäre zwecklos. Die zweite Hürde war das Abkassieren für jeden Dienst, den man in Anspruch nahm. Für eine Mitteilung hatte man maximal 24 * 60 Zeichen netto zur Verfügung. Das kostete lange Zeit 10 Pfennige. Ob es mal teurer wurde, weiss ich gar nicht mehr. Wenn man aber mehr zu erzählen hatte, und die Zeichen überschritt, dann kam die nächste Seite zum Zuge. Wieder 10 Pfennig.

Heute wäre eine solche Lösung allerdings von Vorteil. Wenn ich an den SPAM denke, der quasi kostenlos über Erdteile hinweg transportiert wird und uns alle ärgert, wäre sofort Schluß. Denn manche Spammer brüsten sich mit Zahlen, dass sie 3,4,5 Millionen Mails verschicken. Die wären ganz einfach in kürzester Zeit pleite.

Es gab damals schon die Zweriteilung der Nutzung des Bildschirmtextes. Auf der einen Seite standen die reinen Benutzer, auf der anderen Seite die Anbieter. Da hat sich nicht viel geändert - nur die Zahlen sind anders. Heute haben wir über 10 Millionen .de Anbieter. Damals stolperten wir mit 20.000 er Zuwächsen von Jahr zu Jahr im Bildschirmtext als Insgesamtbenutzer nach oben. Das war von Anfang an ein Zusatzgeschäft. Die Anbieter wurden weniger und weniger und damit fehlte auch der Ansporn, das Medium für sich zu gewinnen.

Für die Anbieter war es auch eine teure Angelegenheit. Es gab zwei Klassen, das war ja von den Politikern schon gut durchdacht. Die erste Klasse, das waren die Regionalanbieter. Zum Beispiel, so geisterte es in den Gehirnen der Macher, der Händler um die Ecke hat neue Bananen im Angebot und bietet sie nicht nur im Geschäft oder in der Zeitung feil, sondern auch auf seiner Regionalseite.

Doch wie kommen die Bananen jetzt in das System? Für einen normalen Menschen war es quasi unmöglich den Editor zu bedienen. Und dann: wer sollte das lesen? Alle Versuche scheiterten. Sie scheiterten schon in der Vorstellung, dass der Regionalanbieter für seine Leitseite (nicht Homepage) 50 Mark im Monat zahlen sollte. Die waren einfach futsch, weil keiner sein Angebot bemerkte.

Jetzt gab es ja noch die ganz tollen Anbieter, die bundesweit agieren. Sowas wie VW, BMW, Siemens, und viele viele andere, die sollten schon bundesweit erreichbar sein. Hier machte vielleicht der Leitseitenpreis von 350 Mark nicht unbedingt so viel aus, wie für einen Privatmann. Der schreckte vor einer bundesweiten Präsenz zurück.

Und hier war jetzt wieder der ein Naturgesetz wirksam. Wo keine Anbieter sind, da gibt es auch keine Teilnehmer, die sich dafür interessieren. Ein Naturgesetz. Lange Zeit war es möglich für lau zu agieren, weil das System im Aufbaustadium war, doch als es begann, dass man die Gebührenordnung einfürte, da gab es das große Btx-Sterben.

Ich stelle fest, dass ich darüber ein Buch schreiben könnte. Jedenfalls gehörten wir damals zu den Kämpfern, die erreichen wollten, dass dieses System uns als Menschen erhalten bleibt. Dass Dinge aber verändert werden mussten hat dann mit Brachialgewalt das Internet vorgemacht.


Zu den Pionieren des Btx gehört nicht nur der "Btx Vater" Eric Danke, sondern auch Ulrich Rohde, der immer mit seiner Zeitschrift "mc" für den Fortschritt kämpfte. Wir geben in der Sendung ein Zeitdokument ab und erklären, wie damals vor 20 Jahren die neuesten Entwicklungen von dem Postministerium verhindert wurden. Es ist quasi mittlerweile ein Zeitdokument, weil die Situation niemand mehr aus der Vergangenheit die damalige Welt erklären kann.


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