17.01.2012 · Die elektronischen Bauteile und Schaltkreise schrumpfen fortwährend. Nach unten scheint es noch genug Spielraum zu geben. Jetzt haben deutsche und amerikanische Wissenschaftler den kleinste Speichereinheit für ein „Bit“ geschaffen. Sie besteht aus zwölf paramagnetischen Atomen.
Von Manfred Lindinger
© IBM
Die Doppelkette aus insgesamt zwölf Eisenatomen kann ein Bit speichern. Forscher von IBM und dem Hamburger Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) haben den kleinsten magnetischen Datenspeicher der Welt konstruiert. Die Wissenschaftler benötigen lediglich 12 Atome, um die kleinste Dateneinheit zu speichern. Ein Byte (8 Bits) brachten sie in 96 Atomen unter. Zum Vergleich: Moderne Festplatten nutzen mindestens eine halbe Milliarde Atome für ein Byte.
Wie stark die Miniaturisierung in der Elektronik inzwischen fortgeschritten ist, lässt sich anhand von Computerfestplatten beobachten, deren Speicherkapazität sich nach wie vor gemäß dem Moorschen Gesetz etwa alle eineinhalb Jahre verdoppelt. Während das erste, von der Firma IBM im Jahr 1956 auf den Markt gebrachte Festplattenlaufwerk noch einen ganzen Schrank füllte, passen heutige Datenspeicher bequem in die Hosentasche. Dank der Forschungen amerikanischer und deutscher Wissenschaftler könnte sich die Miniaturisierung magnetischer Datenspeicher noch weiter beschleunigen. Ihnen ist es gelungen, ein Datenbit aus nur zwölf Atomen herzustellen. Üblicherweise benötigt man dazu eine Millionen Atome.
Ausreichend Abstand erbeten
Für Festplatten verwendet man normalerweise ferromagnetische Materialien. Die Bits werden in winzigen magnetisierten Bereichen gespeichert - den Domänen -, deren jeweilige ferromagnetische Orientierung einer binären Eins oder Null entspricht. 700 Milliarden Datenbits lassen sich so heutzutage auf einer briefmarkengroßen Fläche unterbringen. Allerdings benötigen die Datenbits einen gewissen Abstand untereinander, damit sie sich nicht gegenseitig beeinflussen.
Paramagnetismus ist die Lösung
Dass sich die binären Datenpunkte noch dichter packen lassen, wenn man eine paramagnetisch Anordnung nutzt, haben die Forscher vom Almaden Research Center von IBM in San Jose (Kalifornien) demonstriert. Andreas Heinrich und seine Kollegen verwenden als elementare Speicherzelle zwölf Eisenatome, die sie mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops auf eine Oberfläche aus Kupfernitrid plazierten und zu zwei Reihen mit je sechs Atomen anordneten. Da die magnetischen Momente der Atome abwechselnd in entgegengesetzte Richtung zeigen, ist das Datenbit nach außen hin unmagnetisch, wie es für den Paramagnetismus typisch ist. Dadurch stören sich benachbarte Speicherelemente nicht, und man kann die Datenbits im Prinzip recht dicht anordnen ("Science", Bd. 335, S. 196). Beschrieben und ausgelesen wird ein Datenbit, indem man kurzzeitig einen Strom - mal stärker mal schwächer - aus der Spitze des Tunnelmikroskops in jedes der zwölf Atome schickt.
96 Atome für ein Byte
Die Forscher um Heinrich haben zur Demonstration einen kleinen Speicherbaustein gefertigt. Dazu fügten sie acht Datenbits aus jeweils zwölf Atomen zu einem Byte zusammen, das somit aus insgesamt 96 Atomen bestand. In diese Anordnung schrieben sie die Buchstaben des IBM-Mottos "Think" hinein, indem sie mit Hilfe der acht Datenbits jedes Zeichen einzeln kodierten.
Frostige Temperaturen erbeten
Allerdings ist das paramagnetische Datenbit nur bei einer Temperatur von minus 268 Grad stabil, wodurch es sich freilich nicht für die praktische Anwendung eignet. Nach Aussagen der Forscher könnte man auch bei Raumtemperatur ein entsprechendes Datenbit bauen. Dazu genügten etwa 150 Atome.
