Magnetspeicher im Atommaßstab

Auf dem Weg zum kleinsten Speicher der Welt

| Autor / Redakteur: Matthias Semlinger / Tina Billo

Chris Lutz (links) war federführend bei der Entwicklung des kleinsten Magnetspeichers der Welt.
Chris Lutz (links) war federführend bei der Entwicklung des kleinsten Magnetspeichers der Welt. (Bild: IBM)

IBM-Forschern ist es gelungen, den kleinsten aus einem einzigen Atom bestehenden Magneten der Welt zu entwickeln und auf diesem ein Datenbit zu speichern. Aktuell nutzen Festplattenlaufwerke hierfür rund 100.000 Atome.

Die Möglichkeit, ein Bit auf einem Atom zu speichern, schafft neue Möglichkeiten, um deutlich kleinere und dichter gepackte Speichergeräte zu entwickeln. Eines Tages könnte es dadurch möglich werden, riesige Datenbestände auf einem Gerät von der Größe einer Kreditkarte zu speichern.

Der neueste Durchbruch ist das Ergebnis von 35 Jahren Forschungsarbeit in der Nanotechnologie bei IBM. Vor wenigen Tagen erst kündigte das Unternehmen an, dass es die weltersten kommerziellen Quantencomputer für Business und Wissenschaft bauen werde.

Atomare Magnete

Die Wissenschaftler von IBM Research konzentrierten sich bei ihrer Arbeit auf die kleinste Einheit der herkömmlichen Materie, das Atom, und demonstrierten das Lesen und Schreiben eines Bits an Information bei einem Atom mithilfe von elektrischem Strom.

Sie zeigten, dass zwei magnetische Atome unabhängig voneinander beschrieben und ausgelesen werden können, selbst wenn sie nur einen Nanometer voneinander entfernt sind - ein Abstand, der gerade einem Millionstel der Breite eines Stecknadelkopfes entspricht.

Kleiner Abstand, hohe Packungsdichte

Künftige Anwendungen von Nanostrukturen, bei denen die Position jedes einzelnen Atoms gesteuert werden kann, könnten es Anwendern und Unternehmen erlauben, im gleichen Volumen tausendmal mehr Informationen als heute unterzubringen.

Dieser extrem niedrige Abstand zwischen den gespeicherten Bits könnte also letztendlich zu Magnetspeichern führen, die eine tausendfach höhere Packungsdichte besitzen als heutige Festplatten und Halbleiterspeicher. Dadurch könnten Rechenzentren, Computer und auch tragbare Geräte drastisch kleiner und leistungsfähiger werden.

Der Weg zum Erfolg

Die IBM-Wissenschaftler nutzten ein Rastertunnelmikroskop - eine Erfindung, die von IBM stammt und 1986 den Nobelpreis für Physik gewann - um mithilfe von Holmium-Atomen isolierte Einzelatome zu erzeugen und zu messen, die ein Bit speichern.

Das speziell angepasste Mikroskop arbeitet mit einem extrem hohen Vakuum, um Interferenzen durch Luftmoleküle und andere Verunreinigungen zu vermeiden. Weiter nutzt dieses flüssiges Helium zur Kühlung, sodass die Atome ihre magnetische Ausrichtung lange genug behalten können, um sie zuverlässig zu beschreiben und auszulesen.

Die Ergebnisse der Studie wurden am 8. März 2017 in der international angesehenen Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

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