Speichertechnik: Ein Atom und eine Leerstelle sind ein Bit
Wie viel Platz benötigen alle Bücher der Welt? Bibliotheken sind große Wissensspeicher, halten aber nur einen Teil vor. Mit einer neuen Speichertechnik die Forscher von der Technischen Universität (TU) in Delft in den Niederlanden entwickelt haben, ließe sich die gesammelte Weltliteratur ohne Schwierigkeiten in einer Ecke einer Postkarte unterbringen.
Der Speicher besteht aus Chloratomen. Diese ordnen sich auf einer Kupferoberfläche zu einem zweidimensionalen Gitter an. Sind nicht genug Atome vorhanden, um das Gitter zu füllen, gibt es in dem Gitter Löcher, sogenannte Vakanzen. Dieses Gitter mit den Vakanzen darin bildet einen Speicherblock.
Ein Atom und eine Vakanz sind ein Bit
Beschrieben wird der Speicher mit einem Rastertunnelmikroskop(öffnet im neuen Fenster) . Das bewegt die Vakanzen in dem Gitter - sie würden wie in einem Schiebepuzzle(öffnet im neuen Fenster) durch das Gitter geschoben, sagt Projektleiter Sander Otte(öffnet im neuen Fenster) . Eine Kombination aus Vakanz und Atom bildet ein Bit: Atom über Vakanz ist eine Eins, Vakanz über Atom eine Null.
Die Atome werden zu Blöcken aus acht mal acht Bit angeordnet. Dabei liegt zwischen jeder Reihe und Spalte mit Bits jeweils eine durchgehende Reihe von Chloratomen, damit das Gitter stabil ist. Jeder Speicherblock wird durch einen Marker, ebenfalls eine Kombination aus Atomen und Vakanzen, gekennzeichnet. Ein spezieller Marker kann für einen defekten Speicherblock gesetzt werden. Ein 64-Bit-Block speichert acht Buchstaben - und entsprechend viele solcher Blöcke einen ganzen Text.
Die Speicherdichte ist deutlich höher
Die Niederländer haben einen solchen Speicher mit einer Größe von 8.000 Bit gebaut. Der ist 96 Nanometer breit und 126 Nanometer lang - und damit deutlich kleiner als ein herkömmlicher Speicher, bei dem für jedes Bit mehrere Atome benötigt werden. Die Speicherdichte des neuen Speichers soll etwa 500 Mal höher als die eines heutigen Speichers sein.
Durch die immens wachsende Datenmenge wird eine höhere Speicherdichte wichtig. Eine andere Möglichkeit, mehr Daten auf geringem Raum zu speichern, stellt synthetische DNA dar. US-Forscher haben kürzlich einen neuen Rekord mit einem DNA-Speicher aufgestellt.
Die Idee stammt von Feynman
Die Idee, einen Speicher auf atomarer Ebene zu schaffen, hatte der Physiker und Nobelpreisträger Richard Feynman(öffnet im neuen Fenster) . Am 29. Dezember 1959 hielt er einen Vortrag mit dem Titel There's Plenty of Room at the Bottom(öffnet im neuen Fenster) - deutsch etwa: Es gibt viel Spielraum nach unten(öffnet im neuen Fenster) . Darin beschrieb er, wie sich Technik auf bis auf atomare Ebene miniaturisieren lasse - das, was wir heute als Nanotechnologie bezeichnen. Feynman schlug damals auch eine Datenspeicherung auf atomarer Ebene vor. Zu seinen Ehren haben die Delfter Forscher in ihrem Speicher einen Teil des Vortrags kodiert.
Mit dieser Technik ließen sich 502 Terabit auf einem Quadratzoll (2,54 x 2,54 Zentimeter) speichern, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Natur Nanotechnology(öffnet im neuen Fenster) . "Theoretisch erlaubt es diese Speicherdichte, alle Bücher, die je von Menschen geschaffen wurden, auf eine einzige Briefmarke zu schreiben" , sagt Otte.
Festplatten mit dieser Technik wird es allerdings vorerst nicht geben. Derzeit funktioniere der Speicher nämlich nur im Vakuum und bei Temperaturen von 77 Kelvin (minus 196 Grad Celsius), sagt Otte. Außerdem ist er noch sehr langsam: Den 64-Bit-Block zu beschreiben, dauert zwei Minuten, ihn auszulesen eine Minute. Alltagstauglich sei das System noch nicht, gibt Otte zu. Aber durch ihre Entwicklung sei die Datenspeicherung auf atomarer Ebene näher gerückt.