Extreme Datendichte Forscher entwickeln superlangsamen Superspeicher

Alle Bücher der Welt auf der Fläche einer Briefmarke gespeichert, eine neue Technologie könnte das schaffen. Noch wäre sie dafür viel zu langsam. Forscher betrachten sie dennoch als Durchbruch.
Chloratomgitter auf einer Kupferoberfläche

Chloratomgitter auf einer Kupferoberfläche

Foto: TU Delft/ dpa

Mit Chloratomen als Speichermedium haben Wissenschaftler eine 500-mal höhere Speicherdichte erreicht als sie mit den besten derzeit erhältlichen Datenspeichern möglich wäre. "Theoretisch würde es diese Speicherdichte erlauben, alle Bücher, die Menschen je geschaffen haben, auf eine einzelne Briefmarke zu schreiben", erklärte Studienleiter Sander Otte von der Technischen Universität in Delft (Niederlande).

Seinen Erklärungen zufolge nutzt die neue Technologie Lücken in einem Chloratomgitter auf einer Kupferoberfläche, um Bits und Bytes zu speichern. "Man kann es mit einem Schiebepuzzle vergleichen."

In der Fachzeitschrift "Nature Nanotechnology" beschreiben die Forscher um Otte ihr Vorgehen: Sie nutzten die Eigenschaft von Chloratomen, sich auf einer flachen Kupferoberfläche selbstständig zu einem zweidimensionalen Gitter anzuordnen. Indem sie weniger Chloratome bereitstellten als für die komplette Bedeckung notwendig wären, schufen sie Lücken im Gitter, sogenannte Vakanzen. Aus einer Lücke und einem Chloratom setzten sie ein Bit zusammen, die kleinste Speichereinheit: In der Draufsicht bedeutet "Vakanz oben, Atom unten" eine Null; "Atom oben, Vakanz unten" heißt Eins.

Schreiben mit dem Mikroskop

Um Daten speichern zu können, müssen die Wissenschaftler die Atome bewegen. Das machen sie mit einem Rastertunnelmikroskop. Mit diesem Gerät wird normalerweise über eine sehr feine Messspitze - ein einzelnes Atom - und die elektrische Wechselwirkung mit Atomen des Materials, die atomare Struktur von Oberflächen aufgeklärt. Fließt durch die Messspitze ein Strom von etwa einem Mikro-Ampere, lässt sich damit ein Chloratom hin zu einer Lücke bewegen.

Mittlerweile haben die Forscher den Prozess weitgehend automatisiert: Computergesteuert schiebt das Rastertunnelmikroskop die Atome so lange von Lücke zu Lücke, bis regelrechte Bit-Felder entstehen. Um das Chloratomgitter stabil zu halten, ist jedes Bit von Chloratomen begrenzt - die Bits liegen also nicht direkt nebeneinander.

Als Würdigung für einen entscheidenden Visionär auf diesem Gebiet, den US-Physiker Richard Feynman (1918-1988), schrieben die Forscher einen Teil seines berühmten Vortrages von 1959 auf ein nur 100 Nanometer (Millionstel Millimeter) breites Feld. Feynmans Rede "There's Plenty of Room at the Bottom " (in etwa: Es gibt viel Spielraum nach unten) vom 29. Dezember 1959 ist legendär: Viele der vorgestellten Ideen dienten als Grundlage für nanotechnologische Entwicklungen - darunter die Datenspeicherung auf atomarer Ebene.

Weit entfernt vom Alltagseinsatz

Derzeit dauert das Auslesen eines 64-Bit-Blocks noch etwa eine Minute, das Schreiben zwei Minuten. Zudem funktioniert das ganze Verfahren nur bei einer Temperatur von minus 196 Grad Celsius. "Die alltägliche Speicherung von Daten auf atomarer Skala ist noch weit entfernt", so Otte. "Aber durch diesen Erfolg sind wir ihr auf jeden Fall einen großen Schritt nähergekommen."

Das sieht Steven Erwin vom Naval Research Laboratory in Washington (USA) ähnlich. In einem Kommentar in "Nature Nanotechnology" schreibt er, dass unabhängig von den Komplikationen, die die Beschleunigung der Schreib- und Lesezeiten mit sich bringen werde, die Bedeutung der Errungenschaft beachtet werden solle: "Ein funktionierendes atomares Speichergerät hoher Dichte, das zumindest unsere Vorstellungen in Richtung des nächsten solchen Meilensteins stimulieren wird".

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mak/dpa
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