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Mit einer speziellen Schreib-/Lesetechnik ist es Forschern gelungen, die digitalen Basiswerte 1 und 0 auf einzelnen Atomen zu speichern.

Bild: iStock, tusumaru

Ein Atom pro Bit Neue Speichertechnik nutzt Atome als Datenträger

21.03.2017

100.000 GB auf einer briefmarkengroßen Festplatte speichern: Möglich machen könnte es der kleinste magnetische Speicher der Welt, bei dem einzelne Metall-Atome als Speichereinheiten dienen.

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Die Speicher-Einheiten des Atom-Datenspeichers bilden die Atome des Metalls Holmium - eines der am stärksten magnetischsten Elemente im Periodensystem. Diesen Magnetismus machen sich das Forscherteam um Fabian Natterer an der Technischen Hochschule in Lausanne zunutze: Der magnetische Zustand eines Holmium-Atoms wird mithilfe von winzigen Stromimpulsen zwischen den digitalen Basiswerten 0 und 1 geschaltet. Diesen Wert behält das Atom für einige Stunden im „Gedächtnis.“ Für eine Super-Festplatte reicht dies noch nicht, aber für erste Experimente sei das laut den Wissenschaftlern eine beachtliche Zeitspanne.

Wann wird unbegrenzter Speicherplatz Realität?

Im Vergleich: Eine herkömmliche Festplatte braucht Hunderttausende von Atomen, um ein einzelnes Bit stabil zu speichern. Mit der Atom-Speichertechnik hingegen hätten 500.000.000 Terabyte in einem einzigen Gramm Holmium Platz. Auf der Fläche einer Briefmarke könnte man so immerhin 100.000 GB unterbekommen.

Der Speicher-Prototyp, den Natterer gemeinsam mit Kollegen aus San José entwickelt hat, besteht aus nur zwei Heilium-Atomen. Das reiche aus, um die Machbarkeit des neuartigen Speicherkonzepts zu belegen.

Allerdings ist in diesem Fall machbar noch lange nicht marktfähig, denn: Die Forscher experimentierten am Holmium im Vakuum bei Temperaturen von -272 °C durch und selbst unter diesen Bedingungen konnten sie eine Speicherdauer von wenigen Stunden erzielen. Als Schreib-/Lesegerät nutzten sie dabei die atomdünne Spitze eines Rastertunnelmikroskops - ein Werkzeug, das man im Alltag eher seltener antrifft.

Laut eigenen Angaben zielt Fabian Natterer nicht unbedingt auf das Schaffen einer Mega-Festplatte mit nahezu unbegrenztem Speicher ab. Den Physiker interessieren vielmehr Versuche, wie sich mit winzigen atomaren Magneten die Eigenschaft von Materie auf der kleinsten Ebene beeinflussen lässt.

Schiebepuzzle mit Chlor

Die Idee, einzelne Atome als Speichereinheiten zu nutzen, hatten auch andere Forscherteams. So verwendeten Physiker aus den Niederlanden Chlor als Datenspeicher. Auch hier passte ein Datenbit genau auf ein Atom. Bei einer hohen Datendichte hatte der Prototyp des Forscherteams um Sander Otte eine Kapazität von einem Kilobyte.

Dafür nutzten die Wissenschaftler eine Kupferoberfläche, auf der sie unter Vakuum Kupferchlorid verdampften. Dadurch lagerten sich zahlreiche Chloratome auf der glatten Oberfläche des Kupfers ab und bildeten mit leeren Stellen - so genannten Vakanzen - nach dem Aufdampfen ein Gitter. Um einen digitalen Basiswert zu schalten, muss ein Chloratom lediglich in eine Lücke bewegt werden. Diese Kombination aus Choratomen und Lücken sorgt für die hohe Datendichte.

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