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Datenspeicher:Zwölf Atome für ein Bit

Wissenschaftler haben den bislang kleinsten magnetischen Datenspeicher der Welt gebaut. Die Forscher bewegen sich mit ihrer Methode am Übergang zwischen der klassischen Physik und der Quantenphysik.

Einem Team von Forschern aus Deutschland, den USA und der Schweiz ist es gelungen, den bislang kleinsten magnetischen Datenspeicher zu bauen: Lediglich zwölf Eisenatome speichern hier ein Datenbit, die kleinste Einheit in der Computertechnik.

Zwölf Atome für ein Bit

Der kleinste magnetische Datenspeicher der Welt: Acht dicht beieinander liegende Blöcke von Doppelketten aus sechs Eisenatomen bilden die Binär-Information 01010011. Die so gespeicherte Information steht für den Buchstaben S.

(Foto: S.Loth, IBM Research/Almaden)

"Angesichts der Miniaturisierung der Elektronik wollten wir wissen, ob man diese Entwicklung bis an die Grenze einzelner Atome weitertreiben kann", sagt Sebastian Loth von der Max-Planck-Gesellschaft beim Hamburger Forschungszentrum CFEL (Center for Free-Electron Laser Science).

Allerdings starteten die Wissenschaftler dabei mit dem kleinsten Baustein, dem Atom, anstatt vorhandene Bauelemente zu verkleinern, erklärt Andreas Heinrich, der Leiter der Forschungsgruppe bei IBM.

"Wir haben geprüft, wie groß wir mindestens bauen müssen, um das Gebiet der klassischen Physik zu erreichen", so Loth. Notwendig war demnach eine Doppelkette aus sechs Atomen. "Darunter verwischen die Quanteneffekte die gespeicherte Information." Die Blöcke lassen sich zwischen zwei Magnetisierungszuständen umschalten und können so die Werte 0 oder 1 einnehmen.

Nun liege "quasi erstmals ein Machbarkeitsnachweis vor", sagte IBM-Sprecher Hans-Jürgen Rehm. "Das ist, als wenn man eine neue Tür in den nächsten Raum geöffnet hat." Es sei zwar erst der allererste Schritt, aber es funktioniere.

Für ein Byte (acht Bit) wären nur 96 entsprechende Atome notwendig, die eine Fläche von vier mal 16 Nanometer einnehmen würden. Moderne Festplatten benötigen dagegen mindestens eine halbe Milliarde Atome für ein Byte. Ein Magnetspeicher, der die neue Technik nutzen würde, könnte die Speicherdichte des menschlichen Erbmaterials erreichen.

Der Superspeicher, von dem die Wissenschaftler in Science berichten, lässt sich allerdings nur unter besonderen Umständen bauen: Stabil ist er derzeit erst bei Temperaturen von minus 268 Grad, und auch nur für einige Stunden. Zudem wurden die Strukturen im Almaden-Forschungszentrum von IBM in San Jose, Kalifornien, Atom für Atom zusammengesetzt - und zwar mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops. Auch zum Auslesen wird ein solches Gerät benötigt.

Ehe die Methode tatsächlich zur Datenspeicherung eingesetzt werden kann, wird nach Einschätzung der Fachleute noch einige Zeit vergehen. Das Ergebnis sei dennoch ein großer Schritt für die Forschung.

Für den Superspeicher haben die Wissenschaftler erstmals sogenanntes antiferromagnetisches Material verwendet, das bislang als ungeeignet für die Sicherung von Daten galt. Auf Computer-Festplatten werden die Datenbits jeweils in winzigen ferromagnetischen Strukturen abgelegt, die die Null oder Eins eines Bits repräsentieren. Diese benötigen allerdings einen relativ großen Mindestabstand zueinander. Das ist bei antiferromagnetischen Einheiten anders. Sie beeinflussen sich nicht so stark gegenseitig und können deutlich dichter nebeneinander liegen.