Ein Bit pro Atom

Stuttgart/Barcelona (Spanien) - Etwa 1000 Gigabyte können sich die besten Festplatten heute auf einer einzigen Datenscheibe merken. Diese Datendichte lässt sich prinzipiell um ein Vielfaches auf etwa 500.000 Gigabyte steigern. Nur noch ein einziges Atom wäre dann für die Speicherung je eines Datenbits nötig. Nun präsentierte in der Fachzeitschrift "Nature Materials" ein internationales Forscherteam unter Beteiligung Stuttgarter Physiker ein Netzwerk aus Eisenatomen, als Grundlage für einen solchen Massenspeicher.

"Mit unserem Hybridmaterialien haben wir bewiesen, dass es prinzipiell Materialien gibt, die Bits in einzelnen Atomen speichern können", sagt Klaus Kern vom Max-Planck-Instituts für Festkörperforschung. Auf einer Kupferoberfläche ordneten sie Eisenatome und organische Terephthalsäuremoleküle zu einem engmaschigen Netzwerk an. Der Abstand zwischen den potenziellen Speicherzellen betrug dabei nur anderthalb Millionstel Millimeter. Über andockende Sauerstoffmoleküle konnte die magnetische Ausrichtung der Eisenatome, der so genannte Spin, geschaltet werden. Bis zu 50 Billionen Datenpunkte könnten so auf nur einem Quadratzentimeter konzentriert werden.

Untersuchungen mit Synchrotronstrahlung belegten, dass sich die magnetischen Spins der Eisenatome entweder waagerecht oder senkrecht, entsprechend den digitalen Grundwerten "0" und "1" ausrichten lassen. Allerdings funktioniert das bisher nur bei tiefen Temperaturen von etwa 270 Grad Celsius. Zudem lässt sich das für den Schaltprozess wichtige Andocken der Sauerstoffmoleküle noch nicht gezielt steuern.

Auch wenn es bis zu einer Festplatte mit 500 Terabyte Speicherkapazität noch ein weiter Weg ist, können die Forscher mit diesem metallorganischen Netzwerk die Grundlagen der Schaltmechanismen für magnetische Spinprozesse genauer untersuchen. "Wir lernen an ihnen mehr über die Grundlagen der Spintronik, die anders als die Elektronik mit den Spins der Elektronen und nicht ihrer elektrischen Ladung arbeitet", so Kern.