Chloratom als Informationseinheit 19.07.2016, 15:16 Uhr

Superspeicher benötigt für alle Bücher dieser Welt nur den Platz einer Briefmarke

Das ist Weltrekord: Forschern aus Delft in den Niederlanden ist es gelungen, einen Datenspeicher zu bauen, dessen kleinste Informationseinheit ein einzelnes Atom ist. Dieser Superspeicher hat damit eine Speicherdichte, die etwa 500-mal höher ist, als bei den besten heutigen Festplatten.

Eine 500-fach bessere Speicherdichte als in den besten derzeit erhältlichen Datenspeichern haben Wissenschaftler mit Chloratomen erreicht. Theoretisch würden damit alle Bücher dieser Welt auf einer Briefmarke Platz finden.

Eine 500-fach bessere Speicherdichte als in den besten derzeit erhältlichen Datenspeichern haben Wissenschaftler mit Chloratomen erreicht. Theoretisch würden damit alle Bücher dieser Welt auf einer Briefmarke Platz finden.

Foto: Arne Dedert/dpa

Dieser Datenspeicher hat nur Platz für ein Kilobyte und hat trotzdem das Potential die digitale Welt zu revolutionieren: Wissenschaftlern der TU Delft ist es jetzt gelungen, Chloratome als kleinste Informationseinheit zu benutzen. Mit ihrem Speicher lassen sich auf einem Quadratzentimeter 78 Terabit unterbringen. „Bei dieser Datendichte würden theoretisch alle jemals geschriebenen Bücher auf eine einzige Briefmarke passen“, schildert Sander Otte, Hauptautor der gestern in der Fachzeitschrift Nature Nanotechnoloy erschienen Studie.

Ehrung für Richard Feynmann

Der Physiker und Visionär Richard Feynmann hielt am 29. Dezember 1959 eine legendäre Rede mit dem Titel „There’s Plenty of Room at the Bottom“, was sinngemäß bedeutet, es gibt „viel Spielraum nach unten“. Viele der in dieser Rede vorgestellten Ideen wurden zur Grundlage nanotechnologischer Entwicklungen, gerade auch die Idee der Datenspeicherung auf atomarer Ebene. Dem Nobelpreisträger Feynmann zu Ehren schrieben Otte und sein Team nun einen Teil dieser Rede auf ein nur 100 Nanometer breites Feld.

Dafür beutzten sie ein Rastertunnelmikroskop. Ein solches Mikroskop besitzt als Messspitze ein einzelnes Atom. Wenn durch diese Messspitze Strom von etwa einem Mikro-Ampere fließt, dann lässt sich damit ein Chloratom bewegen, wenn daneben eine Lücke frei ist.

Lücke und Chloratom bilden ein Bit

Genau mit diesen Lücken arbeiten die Forscher. Sie nutzen die Eigenschaft von Chloratomen, sich auf einer flachen Kupferoberfläche selbstständig zu einem zweidimensionalen Gitter anzuordnen. Um die Lücken, auch Vakanzen genannt, zu erzeugen, gaben die Wissenschaftler weniger Chloratome auf das Kupferfeld, so dass sich das Feld nicht vollständig bedeckte.

Dem Nobelpreisträger Feynmann zu Ehren schrieben die Forscher der TU Delft einen Teil seiner Rede

Dem Nobelpreisträger Feynmann zu Ehren schrieben die Forscher der TU Delft einen Teil seiner Rede „There’s Plenty of Room at the Bottom“ auf ein nur 96 Nanometer breites Feld.

Quelle: TU Delft

Die kleinste Informationseinheit, das Bit, besteht dann aus einer Vakanz und einem Chloratom. Schaut man von oben auf die Oberfläche, so bedeutet „Vakanz oben, Atom unten“ eine Null und „Atom oben, Vakanz unten“ eine Eins.

„Man kann es mit einem Schiebepuzzle vergleichen“

Der Schreibprozess ist sogar bereits automatisiert. Das Rastertunnelmikroskop schiebt computergesteuert die Atome so lange von Lücke zu Lücke, bis ein Bit entsteht. Damit das Gitter stabil bleibt, ist jedes dieser Bits von Chloratomen begrenzt. „Man kann es mit einem Schiebepuzzle vergleichen“, meint Studienleiter Otte. Entsprechend lange dauert auch die Verarbeitung von Informationen. Das Schreiben eines 64-Bit-Blocks dauert eine Minute, das Auslesen sogar zwei Minuten.

Strenger Frost von minus 196 Grad Celsius

Dazu kommt strenger Frost: Denn das Verfahren funktioniert nur bei einer Temperatur von minus 196 Grad Celsius. „Die alltägliche Speicherung von Daten auf atomarer Ebene ist noch weit entfernt“, weiß Otte. „Aber durch diesen Erfolg sind wir ihr auf jeden Fall einen großen Schritt näher gekommen.“

Die Speicherscheibe für die Ewigkeit. 

Die Speicherscheibe für die Ewigkeit.

Quelle: Universität Southampton

Damit sind sie nicht allein: Forscher der Universität Southampton haben einen Speicherchip entwickelt, der prinzipiell ewig halten und dabei ebenfalls unglaubliche Mengen Daten speichern kann. Er ist so groß wie eine Zwei-Euro-Münze, wurde „Supermans Memory Crystal“ genannt und hat bei 190 °C eine Lebensdauer knapp unter 14 Milliarden Jahren.

 

Von Detlef Stoller

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