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100'000 Mal mehr Speicherplatz: IBM und ETH Lausanne bauen die Ein-Atom-Festplatte

Wissenschaftler von IBM und der ETH Lausanne (EPFL) haben es geschafft, Information in Ein-Atom-Magneten zu schreiben und wieder auszulesen. Damit ebnen sie den Weg für noch kompaktere Speichermedien.
09.03.2017, 11:10

In der Praxis brauchen aktuelle Festplatten rund 100'000 Atome, um ein einzelnes Bit zu speichern. Mit der neuen Technologie, die noch weit vom Alltagseinsatz entfernt ist, würden Speichermedien tausendfach effizienter. Ein Beispiel: Der gesamte Musikkatalog bei Spotify oder iTunes (rund 35 Millionen Songs) könnte auf einem Datenspeicher der Grösse einer Kreditkarte gespeichert werden.

Die Datendichte auf magnetischen Speichermedien wie Festplatten ist durch die Grösse der einzelnen magnetischen Einheiten begrenzt. Bisher bestehen die kleinsten nutzbaren magnetischen Bits aus drei bis zwölf Atomen. Forschende wollen damit jedoch an die Grenze des Möglichen gehen: magnetische Bits aus einem einzelnen Atom.

Die Herstellung solcher Ein-Atom-Magnete gelang bereits vor einigen Jahren. Allerdings blieb bisher unklar, ob sich darin wie auf einer Festplatte Daten speichern und ablesen lassen. Das ist dem Team um Fabian Natterer von IBM und der EPFL nun gelungen, wie sie im Fachblatt «Nature» berichten.

Die Ein-Atom-Festplatte

Sie verwendeten dafür Holmiumatome, die auf eine Magnesiumoxid-Oberfläche aufgedampft wurden, teilte die EPFL am Donnerstag mit. Dadurch werden sie magnetisch. 2016 hatten EPFL-Forschende bereits gezeigt, dass Ein-Atom-Magnete aus Holmium sehr stabil sind. Dieses Element gehört zu den Metallen der Seltenen Erden und wird für die stärksten heutigen Magneten verwendet.

Diese Ein-Atom-Magnete manipulierten und testeten die IBM- und EPFL-Wissenschaftler nun mithilfe der Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Diese kann man sich wie die Nadel eines Plattenspielers vorstellen, nur Atom-dünn.

Durch elektrische Strompulse durch die Spitze konnten sie das Magnetfeld einzelner Holmiumatome umkehren – also Daten schreiben. Dank eines Effekts namens «magnetischer Tunnelwiderstand» gelang es ihnen auch, den Zustand der Ein-Atom-Magnete wieder abzulesen. Die Ergebnisse bestätigten sie ausserdem mit weiteren Untersuchungen.

Tausendfach grössere Datendichte

So konnten sie nachweisen, dass der Zustand der Holmiumatome über mehrere Stunden stabil blieb, es also nicht zu Datenverlust kam. Das ist ein wichtiger Schritt, um den Weg zu Speichermedien mit Einzelatom-Bits zu ebnen. Damit wäre eine tausendfach grössere Datendichte möglich als bei herkömmlichen Festplattentechnologien, liess sich Natterer in der Mitteilung zitieren.

Wann es soweit sein wird, sei allerdings schwer zu sagen. «Aber die Zahlen zeigen bereits, dass wir dem absoluten Limit klassischer Speichertechnologie wirklich nahe sind, nur drei Grössenordnungen», so Natterer, der mit einem Ambizione-Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds an der EPFL forscht. Die Studie wurde am IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien, durchgeführt.

Die kleinste «Festplatte» der Welt

(oli/sda)

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