Forscher packen ein Bit auf ein Molekül

Um die Datendichte von magnetischen Speichermedien wie Festplatten zu erhöhen, arbeiten Forscher an Möglichkeiten, die Bit-Größe zu verringern. Während Unternehmen wie Seagate und Hitachi (Western Digital) zunächst eine Lösung in der HAMR-Technik gefunden haben wollen, zeigen Forscher nun eine neue Möglichkeit auf.

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), des Institut de Physique et Chimie des Matériaux (IPCMS) in Straßburg, des Synchrotron SOLEIL in Paris und der Universität Chiba in Japan haben im Fachmagazin Nature Communications eine Studie über einen neuen Ansatz für Magnetspeicher publiziert.

Wie die Forscher erläutern, werden beim Speichern einer digitalen Information (ein Bit) auf einer herkömmlichen Festplatte rund drei Millionen Atome belegt. Eine Verkleinerung der Bit-Größen wird zudem durch den sogenannten superparamagnetischen Effekt begrenzt: Unter einer gewissen Größe der magnetischen Partikel werden diese anfälliger für thermische Anregungen und können spontan ihre Magnetisierung und somit ihre Information verlieren. Diesem Problem begegnet die Industrie unter anderem mit HAMR, wobei ein Laser den zu beschreibenden Bereich erhitzt, um das Magnetfeld möglichst klein zu halten, sodass das Schreiben trotz schwach ausgeprägten superparamagnetischen Effekts ermöglicht wird.

Auf Basis der neuen Technik soll es hingegen möglich sein, dass ein Bit auf einem einzelnen nanometergroßen Molekül gespeichert wird, was einer extrem höheren Datendichte als bei bisherigen magnetischen Massenspeichern entspricht. In der Pressemitteilung des KIT wird die Technik auf Basis eines sogenannten Spin-Crossover-Moleküls wie folgt beschrieben:

In die Mitte eines organischen Moleküls aus 51 Atomen wurde ein einzelnes magnetisches Eisenatom platziert. Die organische Hülle soll dabei die im Atom gespeicherte Information schützen. Mit der Spitze eines Rastertunnelmikroskops ließen sich über definierte Stromstöße der magnetische Zustand des Eisenatoms sowie die elektrischen Eigenschaften des Moleküls verändern. Mittels einfacher Widerstandsmessung soll sich wegen der unterschiedlichen Leitfähigkeiten somit die magnetische Ausrichtung des Atoms ermitteln lassen. In dieser Kombination aus memristiven und spintronischen Eigenschaften sehen die Forscher ein großes Potenzial und ein völlig neues Forschungsfeld für künftige Speicherlösungen.

Die Zukunft wird zeigen, ob sich diese Technik durchsetzen wird und entsprechende Speicherprodukte in bezahlbarer Massenfertigung realisierbar sind. Gegenüber HAMR und ähnlichen Technologien wäre die Datendichte jedenfalls unvergleichlich hoch.

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