Stabile Datenträger im Nanomaßstab - wissenschaft.de
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Stabile Datenträger im Nanomaßstab

Mehr als 1000 Gigabits pro Quadratzoll: An diese Schwelle nähern sich Festplatten und Speicherkarten Schritt für Schritt an. Die Nanotechnologie soll mit Millionstel Millimeter kleinen Strukturen den steinigen Entwicklungsweg ebnen. Doch trotz aller vielversprechender Ansätze für solche Magnetspeicher im Labor kämpfen die Forscher mit einem Schlüsselproblem: Bei Raumtemperatur wechseln die magnetisierten Einheiten, die je nach Ausrichtung für digitale Nullen und Einsen stehen, willkürlich und spontan ihr magnetischen Moment. Die Folge ist Datenverlust.

Doch winzige Kobalt-Punkte, eingelagert in einer ferromagnetischen Matrix aus Kobaltoxid könnten diesen extrem dichten Massenspeichern die nötige Stabilität gegen das unerwünschte „Flippen“ der magnetischen Momente geben. Dieses Ergebnis präsentieren amerikanische Physiker zusammen mit französischen und spanischen Kollegen in der Fachzeitschrift Nature. „Während die Kobalt-Kerne in einer paramagnetischen Matrix ihr magnetisches Moment bei minus 263 Grad verlieren, bleiben sie in einem ferromagnetischen Umfeld bis zur Raumtemperatur stabil“, berichten Vassil Skumryew und Kollegen von der University of Delaware in Newark. Mit diesem Trick können die nur vier Nanometer kleinen Punkte aus Kobalt die Grundlage für die enormen Massenspeicher der Zukunft liefern.

Dieser Mechanismus löst das Problem des so genannten „superparamagnetischen Limits“. Bei der fortlaufenden Miniaturisierung mit Datenpunkten aus nur noch wenigen magnetisierbaren Atomen bleibt das magnetische Moment nur bei extremer Tiefkühlung erhalten. Thermische Energie, wie sie bei Raumtemperatur ausreichend zur Verfügung steht, zerstört die stabile magetische Ordnung. Die Nanoteilchen werden superparamagnetisch.

Genau diesen Effekt verlagert die geschickte Einlagerung der Kobalt-Teilchen in eine Matrix aus Kobaltoxid und verschiebt das „superparamagnetische Limit“ zu weit höheren Temperaturen. „Mit diesen Kobaltpunkten könnte das Dichteziel der Speicherhersteller von einem Terabit pro Quadratzoll überwunden werden“, so Skumryew.

Von dreidimensionalen Hologrammen über geordnete Strukturen aus Erbgutsträngen bis zu neuen hantelförmigen Molekülen reichen heute alternative Ideen für die Massenspeicher der Zukunft. Auf spektakuläre Weise wollen Forscher zum Beispiel das Prinzip der Lochkarte zu einem Revival führen: In ihrem „Millipede-Projekt“ gelang es ihnen schon heute, mit winzigen Spitzen Datenpunkte in eine Kunststoffoberfläche zu drücken. So soll der Inhalt von 25 DVDs auf die Fläche einer Briefmarke gebannt werden können. Zum Löschen müsse man lediglich die Kunststofffolie aufheizen, so dass die eingedrückten Datenpunkte wieder zerfließen.

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Doch bevor solche neuen Prinzipien zur Datenspeicherung eine industrielle Massenfertigung erfahren werden, reizen die Hersteller die vertraute Technik der Magnetspeicher bis zum absoluten Limit aus. Die vielversprechenden Ergebnisse mit den Kobaltpunkten und weitere Ansätze mit nanostrukturierten Wällen zwischen den Speichereinheiten werden dabei maßgeblich helfen können.

Jan Oliver Löfken
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