Ein Bit pro Molekül

Ein deutsch-italienisches Forscherteam hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Daten auf viel kleinere Bereiche speichern lassen als bisher. Erfolgreich getestet haben sie es auch schon.

Die Datenspeicherung bei Festplatten funktioniert über magnetische Domänen. Diese kleinen Bereiche sind entweder in die eine oder in die andere Richtung magnetisiert. Durch die Änderung des Zustands lässt sich ein Bit speichern. Die physikalische Grenze liegt dort, wo die magnetischen Domänen zu klein werden, um den Einfluss von Wärme noch standhalten zu können, und dadurch ihre Magnetisierung verlieren.

Die Forscher Massimiliano Cavallini vom National Research Council (CNR) in Bologna und Mario Ruben vom Forschungszentrum Karlsruhe haben ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich ist, Daten in viel kleineren Domänen zu speichern.



Zur Datenspeicherung nutzen die Forscher dabei den Elektronen-Spin, den quantenmechanischen »Drehimpuls«, der zwei Zustände einnehmen kann: »Spin oben« oder »Spin unten«. Dieses »Umklappen« kann durch Wärme, ein Magnetfeld oder Licht ausgelöst werden.

Mit einem speziellen Material lassen sich einzelne Moleküle als Speicher für jeweils ein Bit verwenden. Die Forscher haben dazu das Molekül Eisen-Phenantrolin verwendet. Es  besteht aus einem Gemisch aus Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff und einem zentralen Eisenatom. Das Problem war dabei, diese Moleküle in eine stabile Ordnung zu bringen, da sich sonst keine festen Speicheradressen zuweisen lassen.

Die Forscher trugen eine dünne Schicht ihres Materials auf einen Silizium-Wafer auf. Anschließend wurde diese Schicht mit einem Stempel strukturiert. Zur Demonstration, dass sich diese kleinen Bereiche tatsächlich beschreiben lassen, übertrugen die Forscher die Daten einer CD auf diese Schicht. Damit erzeugten sie zum ersten Mal ein logisches und lesbares Muster auf ein Spinübergangsmaterial.

Was die Forschungsergebnisse bisher noch von der Praxis trennt, ist, dass das Umschalten der Spin-Zustände nur bei 180 °K bzw. rund -135 °C funktioniert. Die Systeme müssten also mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden.