Alle Bücher der Welt auf einer Briefmarke

Video18. Juli 2016, 18:01
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Mit Chloratomen auf einer Kupferoberfläche schreiben: So ließe sich der Gesamtbestand von Österreichs Nationalbibliothek auf einem Staubkorn speichern

sander otte

Delft/Wien – Physiker der Technischen Universität Delft sind nun endlich ganz unten angekommen. Die Rede ist nicht von Tiefbohrexperimenten oder der Verelendung der Institutsmitarbeiter, sondern von einem Durchbruch in der Nanotechnologie. Dieses heute rapide wachsende Forschungsfeld der ganz besonders kleinen Dimensionen war in einem Vortrag des legendären Physikers Richard Feynman 1959 vorhergesagt worden. Und der Titel dieses Textes lautete "There is plenty of room at the bottom", auf Deutsch: "Unten ist eine Menge Platz".

Feynman spekulierte in dieser Rede unter anderem auch, dass wir eines Tages in der Lage sein könnten, auf "unterster" Ebene Atome neu zu arrangieren. Genau das ist Physikern um Sander Otte von der TU Delft gelungen: Sie schafften es, Lücken in einem Chloratomgitter auf einer Kupferoberfläche so zu manipulieren, dass man sie zur ultrakompakten Speicherung von Bits und Bytes verwenden kann, die 500-mal dichter ist als die bisher kompaktesten Speichermedien.

"Unten" öffnen sich Räume

Damit wird "unten" plötzlich sehr viel Platz frei: Die enorme Speicherdichte würde es erlauben, theoretisch sämtliche Bücher, die Menschen je geschrieben haben, auf der Größe einer einzelnen Briefmarke unterzubringen.

In der Praxis geht sich das natürlich noch nicht ganz aus, denn das Verfahren ist einigermaßen aufwendig, wie die Forscher im Fachblatt "Nature Nanotechnology" – in ganz normaler Schriftgröße – ausführen. So funktioniert das Verfahren nur bei minus 196 Grad Celsius, denn ansonsten würde es zu Verklumpungen der Chloratome kommen.

Eine spezielle Eigenschaft dieser Atome bildet quasi das Grundgerüst der Speichertechnik: Auf einer flachen Kupferoberfläche ordnen sich die Atome selbstständig zu einem zweidimensionalen Gitter an. Die Physiker stellten weniger Chloratome bereit, als für die komplette Bedeckung notwendig wären. Auf diese Weise schufen sie Lücken im Gitter, sogenannte Vakanzen, und der Rest funktioniert ein wenig wie ein ultrakleines Schiebepuzzle.

Aus einer Lücke und einem Chloratom setzten sie ein Bit zusammen, die kleinste Speichereinheit. Um Daten speichern zu können, bewegen die Wissenschafter die Atome mit einem Rastertunnelmikroskop, mit dem bei normalem Einsatz über eine sehr feine Messspitze – ein einzelnes Atom – und die elektrische Wechselwirkung mit Atomen des Materials die atomare Struktur von Oberflächen analysiert wird.

Fließt durch die Messspitze ein Strom von etwa einem Mikroampere, lässt sich damit ein Chloratom hin zu einer Lücke bewegen. Mittlerweile haben die Forscher den Prozess weitgehend automatisiert: Computergesteuert schiebt das Rastertunnelmikroskop die Atome so lange von Lücke zu Lücke, bis die Bit-Felder entstehen. Um das Chloratomgitter stabil zu halten, ist jedes Bit von Chloratomen begrenzt – die Bits liegen also nicht direkt nebeneinander.

Noch nicht alltagstauglich

Derzeit dauert das Auslesen eines 64-Bit-Blocks noch etwa eine Minute, das Schreiben zwei Minuten. "Die alltägliche Speicherung von Daten auf atomarer Skala ist noch weit entfernt", gibt Otte zu. "Aber durch diesen Erfolg sind wir ihr einen großen Schritt näher gekommen." (red, 19.7.2016)

  • Der Anfang von Richard Feynmans klassischem Text, in dem er das Arrangieren einzelner Atome prophezeite – arrangiert aus Chloratomen.
    foto: tu delft

    Der Anfang von Richard Feynmans klassischem Text, in dem er das Arrangieren einzelner Atome prophezeite – arrangiert aus Chloratomen.

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