Erfolg auf dem Weg zum Ein-Atom-Speicher

Um den wachsenden Datenspeicherhunger stillen zu können – das benötigte Volumen steigt weltweit täglich um 15 Millionen Gigabyte –, sind Forscher auf der Suche nach neuen Speicherverfahren. Eine Möglichkeit ist die Verwendung von Ein-Atom-Magneten. Die Speicher bestehen aus einzelnen Atomen auf einer speziellen Oberfläche, die jeweils ein Bit speichern können. Für den Schreib- und Lese-Vorgang kommen quantenmechanische Verfahren zum Zug. Weil einzelne Atome bekanntermassen winzig sind, erhofft man sich von derartigen Ein-Atom-Speichern ein enormes Datenfassungsvermögen.

Noch handelt es sich um Grundlagenforschung. Doch nun ist den Forschern der ETH Lausanne (EPFL) ein weiterer Schritt gelungen, der Ein-Atom-Spreicher einem möglichen kommerziellen Einsatz näher bringt.

In einem kürzlich veröffentlichten wissenschaftlichen Aufsatz in der Zeitschrift «Physical Review Letters» beschreiben Forscher des Physik-Instituts der EPFL, wie sie mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops die Stabilität eines Magnets nachweisen konnten, das aus einem einzigen Holmium-Atom besteht.

In ihrem Versuch, setzten sie die Holium-Atome extremen Verhältnissen aus, die normalerweise die Magnete entladen und damit gespeicherte Informationen löschen würden. So wurden die Atome extremen Temperaturen (wobei in diesem Zusammenhang 45 Grad Kelvin oder -228 Grad Celsius als Sauna-artige Werte sind) und hohen Magnetfeldern ausgesetzt.

Da sich mit dem Rastertunnelmikroskop die Oberfläche der Atome beobachten lässt, konnten die EPFL-Physiker rund um Fabian Natterer aufzeigen, dass die Ein-Atom-Magnete ihre Ladung trotz der Störversuche beibehalten konnten. Im Paper sprechen die Autoren in Bezug auf die Exponierung durch starke Magnetfelder von einer «rekord-verdächtigen Koerzitivfeldstärke», die sie beobachten konnten. Unter Koerzitivfeldstärke versteht man die magnetische Feldstärke, die benötigt wird, um einen zuvor vollständig aufgeladenen Magneten zu entladen.

«Wir konnten zeigen, das die kleinsten Bits tatsächlich extrem stabil sein können», berichtet Natterer gemäss einer Mittelung der EPFL. «Als nächstes müssen wir lernen, wie wir in diesen Bits Informationen effizienter speichern können, um einen Ausweg aus dem ‹Trilemma› der magnetischen Speicherung zu finden: bestehend aus Stabilität, Beschreibbarkeit und Signal-Rausch-Verhältnis», so der Physiker weiter.