Weltweit kleinster Magnet 10.03.2017, 13:38 Uhr

So passen 35 Millionen Songs auf eine kreditkartengroße Festplatte

Ein großer Erfolg in der winzig kleinen Nanowelt: Im kalifornischen IBM Forschungszentrum in Almaden haben Wissenschaftler mit Hilfe eines einzelnen Atoms den weltweit kleinsten Magneten hergestellt. Wozu? Um darauf ein Datenbit zu speichern. 

Christopher Lutz von IBM-Research in Almaden am Rasterelektronenmikroskop: Hier schafften es die IBM-Forscher mit Hilfe eines einzelnen Atoms den weltweit kleinsten Magneten herzustellen und darauf ein Datenbit zu speichern.

Christopher Lutz von IBM-Research in Almaden am Rasterelektronenmikroskop: Hier schafften es die IBM-Forscher mit Hilfe eines einzelnen Atoms den weltweit kleinsten Magneten herzustellen und darauf ein Datenbit zu speichern.

Foto: Stan Olszewski/IBM

Weniger ist bei Entwicklungen in der IT-Branche mehr: So benötigen herkömmliche Festplatten bisher etwa 100.000 Atome, um eine Datenmenge von einem Bit dauerhaft speichern zu können. Wenn also jetzt dafür nur noch ein Atom benötigt wird, könnte dies künftig zu wesentlich kleineren Speichermedien führen.

Technologie auf Atomgröße

„Magnetische Bits sind das Herz von Festplatten, Bandspeichern und aller verwandten auch zukünftigen Technologien“, sagt Christopher Lutz, Nanowissenschaftler in Almaden. „Wir wollten durch diese Forschungsarbeit verstehen, was passiert, wenn wir Technologien auf Atomgröße verkleinern.“ Das Ergebnis wurde jetzt im Fachmagazin Nature veröffentlicht.

Der kleinste Magnet der Welt: ein Holmium-Atom unterm IBM-Rastertunnelmikroskop. Es kann ein Bit Daten speichern.

Der kleinste Magnet der Welt: ein Holmium-Atom unterm IBM-Rastertunnelmikroskop. Es kann ein Bit Daten speichern.

Foto: Stan Olswekski/IBM

Für die Entwicklung des kleinsten beständigen Magneten der Welt wählten die Wissenschaftler Holmium aus. Dieses chemische Element zählt zu den Metallen der Seltenen Erden. Mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops platzierten sie ein einzelnes Holmium-Atom auf einer Magnesiumoxid-Oberfläche. Wurden Strompulse von der Spitze des Rastertunnelmikroskops ausgesandt, änderte sich die magnetische Resonanz des Atoms. Es konnte zwischen zwei Werten hin- und hergeschaltet (0/1)werden.

1.000-mal dichter Daten speichern

Um die Information des Speichers abrufen zu können, platzierten die Wissenschaftler direkt neben dem Holmium-Bit ein Eisenatom. Da dessen Leitfähigkeit vom Magnetzustand des Holmiums beeinflusst wird, lässt sich an ihm der Magnetzustand des Holmium-Bits ablesen.

Detailaufnahme Rastertunnelmikroskop.

Detailaufnahme Rastertunnelmikroskop.

Foto: Stan Olszewski/IBM

Indem die IBM-Experten dann zwei Holmium-Atome mit einem Abstand von nur einem Nanometer, also einem Millionstel Millimeter, zueinander kombinierten, und diese sich nicht gegenseitig störten, schufen sie den bislang kleinsten vorstellbaren Datenspeicher. Beide Atome speicherten je ein Bit.

IBM-Forscher entwickelten Rastertunnelmikroskop

Die Möglichkeit, so eng nebeneinander platzierte Atome als separate Speicher zu nutzen, erlaubt es zumindest in der Theorie Daten 1000-mal dichter als bisher auf Festplatten und Solid State Memory Chips zu sichern. Oder wie IBM anschaulich beschreibt: „Die 35 Millionen Songs bei iTunes würden so auf ein Gerät von der Größe einer Kreditkarte passen.“

Mechaniker Bruce Melior vor dem IBM-Rastertunnelmikroskop, das die beiden Physiker Gerd Binnig (Deutschland) und Heinrich Rohrer (Schweiz) entwickelt haben, und wofür sie 1986 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Mechaniker Bruce Melior vor dem IBM-Rastertunnelmikroskop, das die beiden Physiker Gerd Binnig (Deutschland) und Heinrich Rohrer (Schweiz) entwickelt haben, und wofür sie 1986 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Foto: Stan Olszewski/IBM

In den Schoß gefallen ist den IBM-Forschern dieser Erfolg nicht. „Das Ergebnis der Forschungsarbeit basiert auf der Erfahrung von über 30 Jahren Nanotechnologieforschung bei IBM“, betont das Unternehmen. „Dazu gehört beispielsweise die Entwicklung des Rastertunnelmikroskops, die 1986 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet wurde.“ Und das nun bei der Forschungsarbeit eine wesentliche Rolle spielte.

Die IBM-Wissenschaftler Chris Lutz, Bruce Melior, Kai Yang und Philip Willke (v.l.n.r.) nutzten das Rastertunnelmikroskop, um den kleinsten Magneten der Welt aus einem Atom zu schaffen und darauf Daten zu speichern. Das Forschungsergebnis könnte irgendwann dazu führen, dass alle 35 Millionen Songs in der iTunes-Bibliothek auf eine kreditkartengroße Festplatte passen würden.

Die IBM-Wissenschaftler Chris Lutz, Bruce Melior, Kai Yang und Philip Willke (v.l.n.r.) nutzten das Rastertunnelmikroskop, um den kleinsten Magneten der Welt aus einem Atom zu schaffen und darauf Daten zu speichern. Das Forschungsergebnis könnte irgendwann dazu führen, dass alle 35 Millionen Songs in der iTunes-Bibliothek auf eine kreditkartengroße Festplatte passen würden.

Foto: Stan Olszewski/IBM

Nicht mit Holmium, sondern mit Glas haben andere Forscher gearbeitet, um einen neuen Speicherchip zu entwerfen. Ingenieure der Universität Southampton haben den Speicherchip aus Glas entwickelt, der prinzipiell ewig halten und dabei unglaubliche Mengen Daten speichern kann. 

Der Vergleich mit einer Fliege zeigt, wie klein der Computer M3 ist. Für die Energieversorgung ist sogar eine Solarzelle integriert.

Der Vergleich mit einer Fliege zeigt, wie klein der Computer M3 ist. Für die Energieversorgung ist sogar eine Solarzelle integriert.

Foto: University of Michigan

Und einen Computer kleiner als ein Reiskorn, der fotografieren sowie Druck und Temperatur messen kann, haben Ingenieure der Universität Michigan gebaut. Sein Name: M3.  

Von Martina Kefer Tags:
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