Neues Speichermaterial Wissenschaftler widersprechen Einstein

Dr. Zachary Evenson am TOFTOF Flugzeitspektrometer an der Neutronenquelle FRM II der TU München.
Dr. Zachary Evenson am TOFTOF-Flugzeitspektrometer an der Neutronenquelle FRM II der TU München.

Wissenschaftler der TU München haben mithilfe der dortigen Neutronenquelle wichtige Erkentnisse gewonnen. Neuartige Phasenwechselmaterialien könnten tausend Mal schneller und erheblich langlebiger sein als bisherige Flash-Speicher.

Phasenwechselspeicher sollen die Technik der Zukunft sein. Die Speicher sichern Daten, indem sie den Aggregatszustand der einzelnen Bits zwischen flüssig, glasartig und kristallin ändern. Der Phasenwechsel geschieht durch ein elektromagnetisches Feld, Wärme- oder Lichtimpulse. Mit dieser Technik sollen zukünftig schnelle, kostengünstige und hochdichte Speicher hergestellt werden. Die Speicher sollen sich außerdem viel häufiger auslesen lassen. Deshalb versuchen Konzerne wie IBM, Samsung oder Intel diese Technik in nutzbare Produkte umzuwandeln. Noch ist aber unklar, ob das möglich ist.

Ein Team von Wissenschaftlern aus verschiedenen Universitäten hat nun herausgefunden, dass eine Legierung aus Germanium, Antimon und Tellur besonders geeignet für diese Phasenwechselspeicher ist. Dr. Shuai Wei von der RWTH Aachen und Dr. Zach Evenson von der TU München haben die Legierung mit Hilfe der Neutronenstreuung am Heinz Maier-Leibnitz-Zentrum in Garching untersucht. Dr. Zachary Evenson erklärt: »Die hohe Auflösung und der hohe Fluss des Flugzeitspektrometers TOFTOF an der Neutronenquelle FRM II war notwendig, um die Bewegung der Teilchen sehen zu können.«

Widerspruch zu Einstein

Eine Gleichung von Einstein, die er in seiner Doktorarbeit aufgestellt hatte, wurde nun widerlegt: Die Gleichung beschreibt die Bewegung von Teilchen wie eine Kugel, die in einem Honigglas versinkt. Diese Gleichung wurde bislang auch für die Phasenwechselspeicher angenommen. Die Physiker erklären, dass Einsteins Gleichung bei Temperaturen oberhalb des Schmelzpunktes nicht gelte.

Nullen und Einsen werden wie folgt erzeugt: Unterhalb des Phasenübergangs erstarrt die Flüssigkeit schnell glasartig und behält den schlecht leitenden Zustand praktisch unbegrenzt bei – dies ist der Zustand »0«. Ein gezielter, kurzer Wärmeimpuls lässt die Termperatur schnell ansteigen – das Bit geht innerhalb von Nanosekunden in den leitenden Zustand »1« über. Hier besitzt die Flüssigkeit eine niedrige Viskosität und die Kristallisation ist sehr schnell. Ein längerer Puls wie aus einem Infrarotlaser und eine schnelle Abkühlung sorgen wieder für den »0«- Zustand.

Die Forscher haben ihre Thesen in der Publikation »Breakdown of the Stokes-Einstein relation above the melting temperature in a liquid phase-change material« veröffentlicht.