Computerspeicher 12 Atome reichen für ein Bit

Redakteur: Peter Koller

Von einer Million auf 12: Ein deutsch-amerikanisches Forscherteam hat es geschafft, die Zahl der Atome, die für die Speicherung von einem Bit Information nötig sind, drastisch zu reduzieren.

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Mit fünf Bytes, die insgesamt nur 480 Atome umfassen, haben IBM-Wissenschaftler den Firmenslogan THINK gespeichert (Fotos: IBM)
Mit fünf Bytes, die insgesamt nur 480 Atome umfassen, haben IBM-Wissenschaftler den Firmenslogan THINK gespeichert (Fotos: IBM)

Die Entdeckung der Wissenschaftler von IBM Research in Almaden und des Hamburger Forschungszentrums CFEL (Center for Free-Electron Laser Science) der Max-Planck-Gesellschaft kann zu Datenspeichern führen, die mindestens eine um den Faktor 100 höhere Speicherdichte haben als etwa heutige Festplatten.

"Heute speichern wir unsere ganze Musik auf einem Gerät, in Zukunft können wird unsere gesamte Videosammlung dort ablegen," veranschaulicht Andreas Heinrich die Größenordnung. Er ist bei IBM der für das Projekt zuständige Wissenschaftler.

Um ihren superdichten Speicher zu realisieren, setzen die Wissenschaftler ausgerechnet auf ein Material, das bislang als ungeeignet für die Datenspeicherung galt: antiferromagnetisches Material.

Anders als bei herkömmlichen Datenspeichern auf Basis von ferrogmagnetischen Materialien, wo die magnetische Orientierung aller Atome gleich ist, wechselt die Polarität bei antiferromagnetischen Stoffen von einem Atom zum nächsten.

Die Forscher bauen Atom für Atom

Das erlaubt es den Forschern die drastische Erhöhung der Speicherdichte. Dazu setzten sie konkret einzelne Eisenatome eines nach dem anderen mit einem Rastertunnelmikroskop auf eine Kupfernitrid-Oberfläche (Video).

Bei 12 Atomen ergab sich dann ein für ein Bit ausreichend stabiles Konstrukt. Zum Vergleich: Bei aktuellen Computer-Festplatten sind etwa eine Million Atome für ein Bit notwendig.

Mit dem Rastertunnelmikroskop kann dieses Bit dann von 0 auf 1 und zurück geschaltet werden. Ausgehend davon erzeugten die Wissenschaftler aus 96 Atomen ein Byte und speicherten mit fünf solcher Bytes des IBM-Slogan "THINK".

Ein Grad Kelvin ist Voraussetzung

Bis entsprechend dichte Speichersysteme im Alltag ankommen, dürfte allerdings noch einige Zeit vergehen. Notwendig ist nämlich bislang nicht nur ein Rastertunnelelektronenmikroskop, sondern auch eine Temperatur von lediglich einem Grad Kelvin – also knapp über dem absoluten Nullpunkt von minus 273,15 Grad Celsius.

IBM schätzt, dass die Zahl der nötigen Atome zur Speicherung von einem Bit bei Raumtemperatur auf etwa 150 Atome steigen würde. Andreas Heinrich erwartet, dass es noch etwa fünf bis zehn Jahre dauert, bis ein entsprechendes System auf den Markt kommen könnte.

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