Deutsche und amerikanische Forscher haben den kleinsten magnetischen Datenspeicher der Welt gebaut. Ein Datenbit, die kleinste Einheit in der Computertechnik, hat dabei auf gerade einmal zwölf Eisenatomen Platz. Die Speicherdichte sei damit rund 100 Mal höher als auf bislang üblichen Festplatten, teilte die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) mit. Der neuartige Magnetspeicher erreicht somit die Speicherdichte des menschlichen Erbmaterials DNA.
"Angesichts der Miniaturisierung der Elektronik wollten wir wissen, ob man diese Entwicklung bis an die Grenze einzelner Atome weitertreiben kann", sagte Sebastian Loth, Mitarbeiter der Max-Planck-Gesellschaft beim Hamburger Forschungszentrum CFEL (Center for Free-Electron Laser Science). Das CFEL ist eine Kooperation des Deutschen Elektronen-Synchrotrons Desy, der MPG und der Universität Hamburg.
An der Grenze der Physik
Mit ihrem Nano-Magnetspeicher sind die Wissenschaftler bis an die Grenze der Quantenphysik gegangen. Während die Forscher ein Byte (acht Bit) auf 96 Atomen unterbringen, benötigen moderne Festplatten mindestens eine halbe Milliarde Atome für ein Byte.
Der Clou: Für den Superspeicher haben die Wissenschaftler erstmals sogenanntes antiferromagnetisches Material verwendet, das bislang als ungeeignet für die Sicherung von Daten galt. Die Forscher und der IT-Konzerns IBM präsentieren den Speicher im Fachjournal "Science".
Herkömmliche Magnete wie die im gewöhnlichen Kompass nutzen in der Regel ferromagnetisches Material, das aus Eisen, Nickel und anderen Elementen bestehen kann. Auf Computer-Festplatten werden die Datenbits jeweils in winzigen ferromagnetischen Strukturen abgelegt, die die Null oder Eins eines Bits durch die Ausrichtung ihrer Pole repräsentieren. Diese Speicher benötigen allerdings einen Mindestabstand zueinander - anders als bei antiferromagnetischen Einheiten, die deutlich dichter nebeneinanderliegen können.
Nur in der Kälte stabil
"Wir haben jetzt eine Möglichkeit gefunden, in kurzen Reihen von Eisenatomen zwei unterschiedliche antiferromagnetische Zustände zu erzeugen, einen für die Null und einen für die Eins", sagt Loth. Dabei helfe die Platzierung der Eisenatome auf einer Kupfernitrid-Oberfläche.
Der Superspeicher lässt sich jedoch nur unter besonderen Umständen bauen: Stabil ist er derzeit erst bei Temperaturen von minus 268 Grad. Zudem wurden die Strukturen Atom für Atom aufgebaut. Möglich sei das nur mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops gewesen, erläutert Loth. "Ehe antiferromagnetische Datenpunkte tatsächlich zum Einsatz kommen, wird sicher noch einige Zeit vergehen", sagte Andreas Heinrich, Leiter des IBM-Labors in Almaden in Kalifornien.
Das Ergebnis ist dennoch ein großer Schritt für die Forschung. "Damit liegt quasi erstmals ein Machbarkeitsnachweis vor", sagte IBM-Sprecher Hans-Jürgen Rehm. "Das ist, als wenn man eine neue Tür in den nächsten Raum geöffnet hat." Es sei zwar der allererste Schritt, aber es funktioniere.
