News : IBM-Forscher bauen magnetische Bits aus zwölf Atomen

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Heutige Festplatten benötigen ungefähr eine Million Atome, um ein magnetisches Bit zu speichern. Forschern von IBM Research in Almaden ist es nun jedoch gelungen, ein magnetisches Bit mit nur 12 Eisenatomen zu speichern. In der Zukunft könnten daraus magnetische Speicher mit einer potenziell 100 mal höheren Dichte resultieren.

Das Problem bei derart kleinen magnetischen Strukturen ist die Wechselwirkung zwischen einzelnen Bits auf atomarer Ebene. Die Magnetisierung eines Bits kann bei Ferromagneten, bei denen die einzelnen Atome ihren Spin angleichen, durch das Magnetfeld einen starken Einfluss auf benachbarte Bits ausüben, weshalb eine äußerst präzise Kontrolle der Interaktion zwischen den Bits notwendig ist. Zu diesem Zweck machten sich die IBM-Forscher den sogenannten Antiferromagnetismus zu Nutze.

YouTube-Video: IBM researchers store one bit of magnetic information in just 12 atoms

Bei tiefen Temperaturen setzten sie dazu mit Hilfe eines Rastertunnelmikroskops jeweils zwölf Eisenatome in zwei Reihen zu einem Bit zusammen. Die beiden Reihen sind jeweils um ein Atom verschoben, so dass jedes Atom als direkte Nachbarn nur Atome mit entgegengesetztem magnetischen Moment hat. In der Summe kompensieren sich die magnetischen Momente der Atome eines Bits. Dadurch konnten angrenzende Bits – die Forscher bauten eine Gruppe aus jeweils je 8 Bit beziehungsweise einem Byte – viel näher beieinander positioniert werden, als es bisher möglich war.

Aufnahme eines Bytes in fünf verschiedenen Zuständen
Aufnahme eines Bytes in fünf verschiedenen Zuständen

Die so atomar zusammengesetzten Bits konnten ihre Information – bei wohlgemerkt sehr niedrigen Temperaturen – über Stunden speichern. Um den Wert eines Bits in 0 beziehungsweise 1 zu ändern, wurde die auch zum Bau genutzte Spitze des Rastertunnelmikroskops genutzt. Der Spin aller 12 Atome ändert dabei die Richtung. Festplatten mit derart feinen Strukturen sollte man in naher Zukunft allerdings noch nicht erwarten, von der Grundlagenforschung bis zu möglichen Anwendungen in der Praxis können Jahre vergehen. Da man bei der sukzessiven Verkleinerung jedoch irgendwann unweigerlich an die physikalische Grenzen – das Atom – stoßen wird, gingen die Forscher den umgekehrten Weg und bauten die Speicherbausteine Atom für Atom auf, um die Grenzen des Möglichen auszuloten. Weitere Informationen zur Arbeit der Forscher stellt IBM im Internet bereit.