16.09.2013, 18:18 Uhr | 0 |

Käfige ersetzen die Festplatte Neuer Kandidat für leistungsfähige Datenspeicher

13 Atome, die eine spezielle Form bilden, lassen sich möglicherweise zu enorm leistungsfähigen Datenspeichern zusammenfassen. Sie können die digitalen Zustände Null und Eins annehmen.

Molekularstrahlapparatur
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Auf der Abbildung ist die für die experimentellen Untersuchungen verwendete Molekularstrahlapparatur zu sehen.

Foto: TU Darmstadt/Urban Rohrmann

Es hört sich eher nach einem Jux an als nach ernsthafter Wissenschaft. Forscher an der Technischen Universität Darmstadt bauten einen Käfig aus zwölf Zinnatomen, in den sie ein Manganatom sperrten. Es entstand eine perfekte geometrische Form, ein so genannter Ikosaeder, das ist ein Körper aus 20 gleichseitigen Dreiecken. Das Manganatom gibt zwei seiner 25 Elektronen an seine zinnenen Bewacher ab. Dadurch wird die gesamte Anordnung magnetisch. Wäre sie ein einzelnes Atom, spräche man von einem Spin.

Überhaupt verhält sich der Käfig mit seinem Gefangenen wie ein einzelnes Atom, was die Begehrlichkeit von Materialforschern weckt. Man könnte ihn nutzen, um Daten zu speichern – Forscher in aller Welt suchen beständig nach neuen Materialien, die pro Volumeneinheit weit mehr Daten schlucken als die besten Festplatten von heute. Dabei finden sie so merkwürdige Kandidaten wie Skyrmionen, oder eben Käfige aus Zinn.

In vielen Fällen spielt die Quantenphysik eine wichtige Rolle. Sie beschreibt eine Welt, in der die Gesetze der realen Welt nicht mehr gelten. So finden Übergänge von einem Energieniveau auf das nächste nicht kontinuierlich statt, sondern abrupt – als könne ein Auto, das mit exakt 50 Kilometer pro Stunde fährt, völlig übergangslos Tempo 100 erreichen. Genau solche Sprünge sind auch bei digitalen Datenspeichern gefragt, die nur die Zustände Null und Eins kennen. Auf Grund ihres magnetischen Spins könnten auch die Käfige aus Zinn in Frage kommen. Wegen ihrer geringen Größe könnten sie den Wunsch nach leistungsfähigen Speichern erfüllen.

Funktioniert nur bei extremer Kälte

Allerdings nicht so schnell. Zunächst einmal bilden sich die Käfige – Physiker sprechen von Clustern – nur bei extrem niedrigen Temperaturen. Minus 257 Grad Celsius müssen es schon sein, sonst verlieren sie ihr atomähnliches Verhalten. Dieses wiesen die Darmstädter Physiker Urban Rohrmann und Rolf Schäfer mit einem Experiment nach, das die Physiker Otto Stern und Walther Gerlach vor gut 90 Jahren in Frankfurt durchgeführt haben, um nachzuweisen, dass Atome einen Spin haben. Sie schossen einen Strahl aus Silberatomen durch ein Magnetfeld, das sie in unterschiedliche Richtungen ablenkte, je nach dem, wohin ihr Spin wies. Genauso verhielten sich die Käfige mit Manganinhalt.

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Von Wolfgang Kempkens
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