Ein-Atom-Bit

Forscher bilden kleinsten Datenspeicher der Welt

(Bild: KIT/T. Miyamachi)

Deutsche Forscher sind dem Ziel, den kleinsten Datenspeicher der Welt zu erstellen, einen großen Schritt näher gekommen. Das Team des Karlsruher Instituts für Technologie, des Physikinstituts der Universität Halle sowie des Max-Planck-Instituts in Halle habe ein einzelnes Atom auf einer speziell gekühlten Unterlage so fixiert, dass die Ausrichtung des Atoms zehn Minuten lang stabil blieb, berichten die Forscher in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Nature".

Ein Atom ist ein Bit: Nach diesem Bauprinzip würde man die magnetischen Datenspeicher der Zukunft gerne aufbauen. Aktuell braucht es einen Verbund von mehreren Millionen Atomen, damit ein magnetisches Bit so stabil ist, dass Festplattendaten über Jahre sicher sind. Nun konnten die Wissenschaftler einen großen Schritt in Richtung Ein-Atom-Bit machen: Sie fixierten ein einzelnes Atom auf einer Oberfläche so, dass der magnetische Spin über zehn Minuten stabil blieb.

"Ein einzelnes Atom, fixiert auf einer Unterlage, ist meist so empfindlich, dass es nur Bruchteile einer Mikrosekunde (200 Nanosekunden) seine magnetische Ausrichtung beibehält", erklärt Wulf Wulfhekel vom Karlsruher Institut für Technologie. Zusammen mit Kollegen aus Halle hat er es nun geschafft, diese Zeit um einen Faktor von etwa einer Milliarde auf mehrere Minuten zu verlängern.

In dem aktuellen Experiment setzten die Forscher ein einzelnes Holmium-Atom auf eine Platinunterlage. Bei Temperaturen nahe am absoluten Nullpunkt, bei circa ein Grad Kelvin, vermaßen sie die magnetische Ausrichtung des Atoms mittels der feinen Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Der magnetische Spin sprang erst nach circa zehn Minuten um.

"Dies öffnet nicht nur das Tor zu dichteren Computerspeichern, sondern könnte auch für den Aufbau von Quantencomputern einen Grundstein legen", so Wulfhekel. Quantencomputer basieren auf den quantenphysikalischen Eigenschaften von atomaren Systemen und könnten zumindest in der Theorie einen exponentiellen Geschwindigkeitsvorteil gegenüber klassischen Computern besitzen.

Derzeit stößt die Festplattentechnologie bei Kapazitäten von vier Terabyte an ihre Grenzen. Die Festplattenindustrie experimentiert deshalb seit geraumer Zeit mit neuen Technologien, zuletzt wurde eine Festplatte mit Heliumkammer entwickelt, in der die Magnetscheiben schneller und ruhiger rotieren als in konventionellen Platten (siehe Infobox).