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Computer

05. Dezember 2016 | 13:36 Uhr

Wissenschaft : Datenspeicher in Briefmarkengröße speichert alle Bücher

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Eine 500-fach bessere Speicherdichte als bei den besten derzeit erhältlichen Datenspeichern haben Wissenschaftler mit Chloratomen erreicht.

«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). Lücken in einem Chloratomgitter auf einer Kupferoberfläche dienen demnach der Speicherung von Bits und Bytes. «Man kann es mit einem Schiebepuzzle vergleichen.»

Als Würdigung für einen entscheidenden Visionär des Gebietes, 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» (dt. etwa: Viel Spielraum nach unten) vom 29. Dezember 1959 ist legendär: Viele der vorgestellten Ideen wurden zur Grundlage nanotechnologischer Entwicklungen - darunter die Datenspeicherung auf atomarer Ebene.

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.

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 die Bit-Felder entstehen. Um das Chloratomgitter stabil zu halten, ist jedes Bit von Chloratomen begrenzt - die Bits liegen also nicht direkt nebeneinander.

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».

Den Mechanismus erklärende Animation

Deutsche Übersetzung von Feynmans visionärem Vortrag

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erstellt am 19.Jul.2016 | 13:51 Uhr

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