Atomic Scale Data Storage : Mit Chloratomen zur 500-fachen Datendichte einer HDD

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Atomic Scale Data Storage: Mit Chloratomen zur 500-fachen Datendichte einer HDD
Bild: TU Delft

Forscher haben eine Speicherform auf Basis von Chloratomen demonstriert. Mit 500 Tbit/in² liegt die Datendichte etwa 500 Mal höher als bei einer HDD. Vom praktischen Einsatz ist die Technik jedoch weit entfernt. Die Transferraten sind sehr gering, zudem werden ein Vakuum und eine Temperatur weit unter dem Gefrierpunkt benötigt.

Der Durchbruch im Bereich der Massenspeicher auf Atomebene gelang einem Forscherteam rund um Dr. Sander Otte an der Technischen Universität Delft (TU Delft) in den Niederlanden. Im Wissenschaftsmagazin Nature wurde die Forschungsarbeit in dem Artikel „Ein Kilobyte wiederbeschreibbarer atomarer Speicher“ vorgestellt. Den Wissenschaftlern gelang es 1 Kilobyte Daten auf einer winzigen Fläche von 100 × 100 nm zu speichern. Ein Nanometer ist ein Millionstel eines Millimeters.

Die erzielte Datendichte ist dabei das Besondere, denn mit umgerechnet 500 Terabit können weitaus mehr Daten als mit aktueller HDD-Technik (~1 Tbit/in²) oder SSD-Technik (~2,5 Tbit/in²) pro Quadratzoll untergebracht werden. Laut Otte könnten mit dieser Methode theoretisch die Informationen von allen jemals geschriebenen Büchern auf der Fläche einer Briefmarke gesichert werden. Im Rahmen des Forschungsprojekts diente ein Teil einer Rede des verstorbenen Nobelpreisträgers Richard Feynman als Datenvorlage in Textform.

YouTube-Video: Atomic scale data storage

Chloratome als Schiebepuzzle

In einem Video wird die Technik auf einfache Art veranschaulicht. Die Chloratome sind in einem quadratischen Raster auf der kupfernen Trägerschicht ausgerichtet. Durch mit dunklen Flächen symbolisierte Lücken können die Atome ähnlich wie bei einem Schiebepuzzle verschoben werden. Dies geschieht mit der Nadel eines Rastertunnelmikroskops. Die Anordnung der Atome und Lücken stellt die Information als Binärcode dar: Für jedes Bit werde lediglich ein Chloratom benötigt, heißt es im Video. Zusätzlich kann ein Muster aus Löchern im Atomraster als Markierung für defekte Speicherbereiche dienen.

Praxiseinsatz noch kein Thema

Das Verfahren zum Speichern der Daten auf Atomebene erfordert allerdings vorerst spezielle Laborbedingungen. So wurden die Daten in einem luftleeren Raum bei einer Temperatur von Minus 320 Grad Fahrenheit (-196 Grad Celsius) gespeichert. Ob die angestrebte Weiterentwicklung den Einsatz jenseits eines Labors erlauben wird, gilt es abzuwarten.

Auch die Geschwindigkeit der Datenübertragung ist noch weit von einer Massentauglichkeit entfernt. So soll das Auslesen von einigen kurzen Sätzen bereits eine bis zwei Minuten dauern, das Schreiben sogar zehn Minuten benötigt haben. Mit neuen Methoden sei künftig eine Transferrate von 1 Megabit pro Sekunde denkbar, doch auch dies ist noch weitaus langsamer als bei herkömmlichem Massenspeicher.