Forscher legen Grundstein für denkbar leistungsfähigste Festplatte

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Einer Gruppe von Forschern ist es gelungen, den magnetischen Zustand einzelner Holmium-Atome so zu verändern, dass sich diese zur Speicherung jeweils eines Bits eignen. Mit diesem Zwei-Bit-System haben sie belegt, dass Magnetspeichers auf atomarer Eben machbar sind.

Forschern der Universitäten Lausanne, Delft, New York und des IBM-Forschungszentrums in Almaden ist es gelungen, einzelnen Atomen unterschiedliche magnetische Zustände zuzuweisen und sie so zur Speicherung jeweils eines Bits zu nutzen. Ihre Forschungsergebnisse wurden jetzt im Magazin Nature veröffentlicht.

Das zugewiesene magnetische Moment behielten die Atome einige Stunden lang bei. Wie das Physikportal Pro-Physik anmerkt, ist das für derartige Grundlagenversuche eine relativ lange Zeitspanne. Die aktuelle Arbeit übertrifft damit auch die 2013 am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) erzielten Ergebnisse: Dort gelang es mit ähnlichen Verfahren je ein Bit auf einzelnen Atomen bis zu maximal zehn Minuten zu speichern.

Storage (Bild: Shutterstock.com/Alias Studiot Oy)

Theoretisch haben Fabian Natterer von der Technischen Hochschule in Lausanne und seine Kollegen damit die Grenzen für die magnetische Datenspeicherung weit möglichst ausgelotet. Denkbar wäre so eine winzige Festplatte die eine Speicherkapazität von mehreren Hundert Millionen Terabyte aufweist. In der Praxis ist allerdings in absehbarer Zeit nicht mit einer Festplatte auf Basis von Holmium-Atomen zu rechnen.

Dafür gibt es mehrere Gründe. Erstens führten die Wissenschaftler ihre Versuche im Vakuum bei von bis zu minus 272 Grad durch. Außerdem wird zum Schreiben der Daten derzeit ein Rastertunnelmikroskop benötigt. Und drittens ist die derzeit mit diesem erheblichen Aufwand erreichbare Speicherdauer von einigen Stunden für die Anwendungen in der Praxis natürlich noch viel zu kurz.

Natterer selbst sieht den auch den Nutzen der Arbeit nicht direkt darin, mittelfristig eine neuartige Festplatte zur Marktreife zu führen. Pro-Physik zufolge sei es viel interessanter, auf dieser Basis Versuche durchzuführen, in denen “diese kleinstmöglichen Magnete die Eigenschaften von Materie auf der atomaren Skala beeinflussen.”

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Dennoch zeigt die Arbeit auf, dass es auch für magnetische Datenspeicher noch Luft nach oben gibt. Derzeit werden zur Speicherung von einem Bit gut 100.000 Atome benötigt. Außerdem kommen die Fertigungsverfahren für Chips aufgrund Wärmeeffekten nicht unter 10 Nanometer. Mit ein-Atom-Speichern ließe sich das auf bis zu einem Nanometer reduzieren.

Der an der Entwicklung beteiligte deutsche Professor Andreas Heinrich erklärte Medien gegenüber, von den Ergebnissen könne man einen Schub bei der Entwicklung von Speichertechnologien für die nächste Generation von Quantencomputern erwarten. In dem Bereich ist das an den Forschungen beteiligte IBM schon länger aktiv. Erst diese Woche wurde von dem US-Konzern der erste kommerzielle nutzbare Quantencomputer angekündigt. Er soll für Kunden über die Cloud nutzbar sein und ihnen, ergänzt durch die Komplementärtechnologie Watson, zum Beispiel bei Projekten mit Maschinenlernen der Analyse von Finanzinformationen oder der Optimierung von weltweiten Lieferketten und Logistikabläufen helfen.

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