Kleinster Datenspeicher der Welt: IBM-Forscher speichern mit zwölf Atomen 1-Bit

Forschern des IBM Almaden Research Center ist es gelungen, 1 Bit in nur zwölf Atomen zu speichern. Sie sehen darin einen Durchbruch für die Sicherung magnetischer Informationen auf atomarer Ebene. Bislang waren rund eine Million Atome erforderlich, um 1 Bit zu speichern.

Durch die extreme Erhöhung der Speicherdichte könnten bei einer praktischen Umsetzung Festplattenlaufwerke extrem verkleinert werden. Projektleiter Andreas Heinrich vom Almaden Research Center muss allerdings selbst einräumen, dass die Technologie noch weit von der Marktreife entfernt ist. Er erwartet jedoch, dass sie eines Tages die heute erreichbaren Grenzen in der Speicherung sprengt und zugleich Geschwindigkeit sowie Energieeffizienz steigert.

Die grünen Erhebungen in dieser Grafik stehen für Eisenatome. Zwölf von ihnen können 1 Bit an magnetischer Information halten, bislang jedoch nur für einige Stunden und bei tiefen Temperaturen. Mit derzeitiger Technik sind dafür 1 Million Atome erforderlich (Bild: IBM Research).

IBM ging von der Voraussetzung aus, dass wesentliche Fortschritte nur mit neuen Ansätzen zu erzielen sind. Die technische Weiterentwicklung hängt seit Jahren vom Mooreschen Gesetz ab, demzufolge sich die Anzahl der Transistoren in einem integrierten Schaltkreis ungefähr alle zwei Jahre verdoppelt, was eine immer kompaktere Bauweise erlaubt. Laut Heinrich führt das letztlich bis in die atomare Ebene und erreicht hier die Grenze. Sein Team ging mit dem Ansatz heran, auf der atomaren Ebene zu beginnen und von hier aufzubauen, statt darauf zu warten, bis das Mooresche Gesetz innerhalb von zehn oder 20 Jahren in diesen Bereich führt.

„Wir sind Entdecker, die in der Ebene der Atome beginnen und Strukturen aufbauen, die sich für IBM und andere Akteure in der Branche als nützlich erweisen könnten“, sagte Heinrich. Als Erstes gingen die Forscher der Frage nach, wie viele Atome erforderlich sind, um verlässlich ein magnetisches Bit zu speichern. Sie kamen auf die Zahl zwölf, indem sie in einem Rastertunnelmikroskop einen Nano-Datenspeicher aus zwölf antiferromagnetisch verbundenen Atomen schufen, der ein Datenbit über mehrere Stunden hinweg halten konnte. 96 Eisenatome genügten ihnen, um 1 Byte zu speichern.

Dem praktischen Einsatz steht unter anderem entgegen, dass sich die antiferromagnetischen Nanostrukturen bislang nur bei einer Temperatur von minus 268 Grad Celsius für einige Stunden als stabil erwiesen. „Wir genießen den Luxus, uns nicht um die Herstellung sorgen zu müssen“, erklärte Heinrich. „Wir haben vielmehr die Aufgabe, herauszufinden, was wir konstruieren können, ohne uns von praktischen Erwägungen aufhalten zu lassen.“

An den Forschungen beteiligt war auch das Hamburger Center for Free-Electron Laser Science (CFEL). „Wir haben geprüft, wie groß wir mindestens bauen müssen, um die Grenzen der klassischen Physik zu erreichen“, erklärte Sebastian Loth vom CFEL. Die gemeinsame Veröffentlichung der Forschungsergebnisse erfolgte in der Fachzeitschrift Science.