EPFL und IBM speichern ein Bit auf einem Atom

Wissenschaftler von der ETH Lausanne (EPFL) und IBM haben es geschafft, Information in Ein-Atom-Magneten zu schreiben und wieder auszulesen.
 
Die Datendichte auf magnetischen Speichermedien wie Festplatten ist durch die Grösse der einzelnen magnetischen Einheiten begrenzt. Bisher bestehen die kleinsten nutzbaren magnetischen Bits aus drei bis zwölf Atomen. Forschende wollen jedoch an die Grenze des Möglichen gehen: magnetische Bits aus einem einzelnen Atom.
 
Die Herstellung solcher Ein-Atom-Magnete gelang bereits vor einigen Jahren. Allerdings blieb bisher unklar, ob sich darin wie auf einer Festplatte Daten speichern und ablesen lassen. Das ist dem Team um Fabian Natterer nun gelungen, wie die EPFL berichtet.
 
Magnetisierte Atome
Die Forscher verwendeten dafür Holmiumatome, die auf eine Magnesiumoxid-Oberfläche aufgedampft wurden. Dadurch werden sie magnetisch. 2016 hatten EPFL-Forschende bereits gezeigt, dass Ein-Atom-Magnete aus Holmium sehr stabil sind. Dieses Element gehört zu den Metallen der Seltenen Erden und wird für die stärksten heutigen Magneten verwendet.
 
Diese Ein-Atom-Magnete manipulierten und testeten die IBM- und EPFL-Wissenschaftler nun mithilfe der Spitze eines Rastertunnelmikroskops. Diese kann man sich wie die Nadel eines Plattenspielers vorstellen, nur Atom-dünn.
 
Durch elektrische Strompulse durch die Spitze konnten sie das Magnetfeld einzelner Holmiumatome umkehren – also Daten schreiben. Dank eines Effekts namens "magnetischer Tunnelwiderstand" gelang es ihnen auch, den Zustand der Ein-Atom-Magnete wieder abzulesen. Die Ergebnisse bestätigten sie ausserdem mit weiteren Untersuchungen.
 
Zustand stabil
Das Team konnte auch nachweisen, dass der Zustand der Holmiumatome über mehrere Stunden stabil blieb. Das ist ein wichtiger Schritt, um den Weg zu Speichermedien mit Einzelatom-Bits zu ebnen. Damit wäre eine tausendfach grössere Datendichte möglich als bei herkömmlichen Festplattentechnologien, liess sich Natterer in der Mitteilung zitieren. Heutige Hardisks erreichen eine Speicherdichte von maximal rund einem Terabit pro Quadratzoll. Mit der Ein-Atom-Technologie müsste man also "Harddisks" in der heute üblichen Baugrösse mit Kapazitäten im Petabyte-Bereich bauen können. Die eigentliche Schreib- und Lesetechnologie wäre aber wohl ganz anders als bei heutigen HDDs.
 
Wann es soweit sein könnte, sei allerdings schwer zu sagen. "Aber die Zahlen zeigen bereits, dass wir dem absoluten Limit klassischer Speichertechnologie wirklich nahe sind, nur drei Grössenordnungen weit weg", so Natterer, der mit einem Ambizione-Stipendium des Schweizerischen Nationalfonds an der EPFL forscht. Die Studie wurde am IBM Almaden Research Center in San Jose, Kalifornien, durchgeführt.
 
Eine Wahnsinns-Speicherdichte ist schön und gut, ein Kriterium dafür, ob eine Technologie im realen Einsatz Sinn macht und wie nah so ein Einsatz sein könnte, ist aber auch die Lese- und Schreib-Geschwindigkeit. Dies zeigt das Beispiel einer Entwicklung der TU Delft. Ein Team dort schaffte es, ein Kilobyte Daten in ein Muster von Atomen zu schreiben. Die theoretische Speicherdichte ist etwa halb so hoch, wie bei der Ein-Atom-Speicherung. Allerdings würde es mit der Technologie der Holländer, die ein Rastertunnelmikroskop verwenden um Atome zu verschieben, mehr als tausend Jahre dauern um die Datenmenge einer DVD zu speichern. In IBM- und EPFL-Forscher haben ein System mit zwei Holmium-Atomen gebaut, das vier Bits speichern kann. Informationen zum Lese- und Schreibtempo fanden wir in den uns zugänglichen Unterlagen nicht. (sda/hjm)