© Sebastian Loth/CFEL

Forschung
01/12/2012

Kleinster magnetischer Datenspeicher gebaut

Forscher vom Computerkonzern IBM und dem Hamburger Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) haben den kleinsten magnetischen Datenspeicher der Welt konstruiert. Die Wissenschaftler benötigen lediglich zwölf Atome, um ein Bit zu speichern, die Grundeinheit der Information. Ein Byte (acht Bit) quetschen sie auf diese Weise in 96 Atome.

Die Entwicklung der Gruppe um IBM-Forscher Andreas Heinrich und CFEL-Forscher Sebastian Loth wurde im Fachjournal "Science" vorgestellt. Für den Nanospeicher hatten die Forscher am Almaden-Forschungszentrum des Computerkonzerns IBM in San Jose (Kalifornien) mit einem Rastertunnelmikroskop ein regelmäßiges Muster aus Eisenatomen aufgebaut.

Jeweils zwei Ketten aus sechs Atomen speichern dabei ein Bit. Ein Byte (acht Bit) beansprucht vier mal 16 Nanometer. "Das entspricht einer hundert Mal höheren Speicherdichte als auf einer modernen Festplatte", betont Loth.

Mit Rastertunnelmikroskop
Beschrieben und ausgelesen wird der Nanospeicher ebenfalls mit dem Rastertunnelmikroskop. Die Blöcke aus zwölf Eisenatomen lassen sich durch elektrischen Strom zwischen zwei Magnetisierungszuständen umschalten. Diese entsprechen den Werten null und eins, den beiden möglichen Zuständen eines Bits.

Allerdings sind die Nanomagnete bislang nur bei ultrakalten Temperaturen von -268 Grad Celsius (5 Kelvin) stabil. "Unsere Arbeit greift der aktuellen Speichertechnologie weit voraus", erläutert Loth. Die Forscher gehen davon aus, dass eine Ansammlung von maximal zweihundert Atomen auch bei Raumtemperatur einen stabilen magnetischen Zustand bilden kann.

Datenspeicher

Datenspeicher

Datenspeicher

Datenspeicher

Sebastian Loth

Antiferromagnetischer Speicher
Den Forschern ist es erstmals gelungen eine besondere Form des Magnetismus, den Antiferromagnetismus, zum Speichern von Informationen zu verwenden. Anders als beim Ferromagnetismus, den herkömmliche Festplatten benutzen, liegen dabei die Eigendrehimpulse (Spins) benachbarter Atome entgegengesetzt.

Dadurch erscheint das Material nach außen magnetisch neutral, und so lassen sich die einzelnen Speicherelemente viel dichter platzieren. Die einzelnen Bits haben nur noch einen Abstand von einem Nanometer.

Testsystem für Übergang zur Quantenphysik
Mit ihren Experimenten haben die Wissenschaftler nicht nur den kleinsten magnetischen Datenspeicher der Welt gebaut, sondern auch ein ideales Testsystem für den Übergang von der klassischen zur Quantenphysik geschaffen: "Wir haben gelernt, die Quanteneffekte durch Form und Größe der Eisenreihen gezielt zu beeinflussen", erklärt Loth.

"In Zukunft können wir diese Fähigkeit nutzen, um gezielt zu untersuchen, wie die Quantenmechanik einsetzt. Was unterscheidet einen Quantenmagneten von einem klassischen Magneten? Und wie verhält sich ein Magnet genau an der Grenze zwischen beiden Welten? Das sind spannende Fragen, die jetzt beantwortbar werden." Diesen Fragen wird Loth künftig in einem neuen Labor am Hamburger CFEL nachgehen.

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