Daten speichern mit einzelnen Molekülen

Glasgow (Großbritannien) - Immer mehr Laptops sind mit Festkörper-Speichern – kurz SSD - ausgestattet, deren Kapazität an der 1000 Gigabyte-Marke kratzt. Und auf die größten Speicherkarten für Kameras und Smartphones mit 128 Gigabytes passen bis zu 30.000 hochaufgelöste Digitalfotos. Noch mehr Speicherplatz streben britische Wissenschaftler mit winzigen Molekülhaufen aus Metalloxiden an, den sogenannten Polyoxometallaten. Wie die Forschergruppe in der Fachzeitschrift „Nature“ berichtet, eignen sich die Polyoxometallat-Cluster je nach Ladungszustand für nicht flüchtige Datenspeicher. Doch vor einem Einsatz der nur wenige Nanometer kleinen Molekülhaufen müssen die Wissenschaftler noch viele Details optimieren.

Der Kern eines Flash-Speichers besteht aus filigranen Speicherzellen, die derzeit noch deutlich größer als zehn Nanometer sind. Mit den Metalloxid-Clustern können diese auf wenige Nanometer schrumpfen und damit die Speicherkapazität bei gleichem Platzbedarf vervielfachen. So misst ein Polyoxometallat-Cluster aus Wolfram, Selen und Sauerstoff nur etwa ein Nanometer im Durchmesser. Diese Cluster konnten Leroy Cronin und seine Kollegen von der University of Glasgow auf einer isolierenden Oberfläche zwischen winzigen Silizium-Nanodrähten deponieren.

Mit Spannungspulsen von bis zu 20 Volt ließ sich nun die elektrische Ladung dieser Cluster reversibel verändern. Dabei reagierten einzelne Selen-Ionen, die von einem Käfig aus Wolframoxid eingeschlossen wurden, miteinander. Bei dieser elektrochemischen Reaktion veränderte sich die chemische Bindung zwischen zwei Selen-Ionen parallel mit einem Wechsel der Oxidationszahl. Weitere Versuche zeigten, dass der jeweilige Ladungszustand mindestens zwei Wochen lang stabil blieb. Genau das ist die Grundlage für einen nicht-flüchtigen Datenspeicher.

Vor einer technischen Anwendung dieser Polyoxometallat-Cluster müssen Cronin und Kollegen allerdings noch einige Hürden überwinden. So hoffen sie, mit einer optimierten Anordnung der Cluster die zur Datenspeicherung nötigen elektrischen Spannungen auf deutlich kleinere Werte reduzieren zu können. Sollte dies gelingen, müsste nach einem geeigneten Verfahren gesucht werden, um Milliarden dieser Cluster auf engstem Raum anordnen zu können. Mit modernen lithografischen Methoden ist das jedoch nicht ausgeschlossen. Erst danach könnten erste Prototypen mit Speicherzellen und sogenannten Floating-Gates aus Polyoxometallat-Cluster entstehen, mit denen dann Speicherkarten mit über tausend Gigabyte Kapazität gefertigt werden können. Cronin ist sicher: „Anorganische Moleküle für Flash-Speicher weisen einen wichtigen Weg, um Speicherzellen bis auf die Größe einzelner Moleküle zu schrumpfen“.