Neuer Datenspeicher ist tausendmal schneller als Flash-Speicher

Dutzende Gigabytes lassen sich auf kleinen Flash-Speicherkarten speichern. Einzig das Auslesen der Daten dauert mit etwa zehn Mikrosekunden immer noch relativ lange. Sehr viel schneller reagieren neuartige Speichermodule, die Wissenschaftler in Singapur nun entwickelt haben. Wie sie im Fachblatt „Nature Communications“ berichten, erreichten sie dieses Ziel mit einem photovoltaischen Effekt des Speichermaterials, der sonst zur Stromerzeugung in Solarzellen genutzt wird. Mit dem ersten Prototyp konnten Daten bis zu tausendmal schneller ausgelesen werden, innerhalb einiger Nanosekunden.

„Der nichtflüchtige Speicher, den wir hier vorstellen, bietet mehrere Vorteile gegenüber anderen Technologien“, betonen Juling Wang und seine Kollegen von der Nanyang Technological University in Singapur. So konnten sie nicht nur die Lesezeiten deutlich verkürzen, sondern prognostizieren auch eine deutlich längere Haltbarkeit ihrer Speichermodule bei geringerem Stromverbrauch. Für ihren ersten Prototyp ordnete das Forscherteam mit lithografischen Methoden ein filigranes Gitter aus Wismuteisenoxid auf einer Oberfläche an. Mit Strompulsen konnte dieses ferroelektrische Material gezielt und dauerhaft polarisiert werden. Dabei entstanden je nach Spannung der Schaltpulse zwei verschiedene Zustände, die sich zur Speicherung digitaler Daten mit ihren Basiswerten 0 und 1 eigneten.

Ein Raster aus roten und blauen Vierecken erstreckt sich über eine bräunliche, strukturierte Oberfläche.
Extrem schneller Datenspeicher

Dieser Schreibvorgang konnte schon vorher mit ferroelektrischen Speichern demonstriert werden. Neu ist nun der Prozess für das Auslesen der digitalen Daten. Dazu leuchteten Wang und Kollegen mit einer Halogenlampe auf ihr Gittermodul. Dank des photovoltaischen Effekts von Wismuteisenoxid flossen nun kleine Ströme mit Spannungen von etwa 0,2 Volt. Je nach Polarisierung des Materials wechselte jedoch das Vorzeichen dieser Spannung, sodass dieser photovoltaische Strom zum Auslesen der vorher gespeicherten Daten genutzt werden konnte. Ein weiterer Vorteil: Unter Lichteinfall konnten diese Daten jederzeit abgegriffen werden und gingen nach dem Leseprozess auch nicht verloren wie es bei bisher entwickelten ferroelektrischen Datenspeichern der Fall war.

Der Prototyp dieses photovoltaischen Polarisationsspeichers ist allerdings noch sehr klein und kann gerade einmal 16 Bits speichern. Doch eine Skalierung auf weitaus größere Werte hält die Forschergruppe für kein großes Problem. Sie rechnen sogar damit, dass mit ihrer Technologie die doppelte Speicherkapazität im Vergleich zu herkömmlichen Flash-Speicherkarten möglich sei. Zudem könnten diese Module etwa tausendmal häufiger beschrieben und gelöscht werden als Flash-Speicher, die heute für etwa 100.000 Schreibzyklen ausgelegt sind.

Gelingt nun die Entwicklung spezialisierter Fertigungsverfahren, hat diese Technologie das Potenzial für universelle Datenspeicher, die in einigen Jahren die bisher verwendeten Speicherkarten vom Markt verdrängen könnten. Allerdings müsste dazu jede Digitalkamera und jeder Laptop mit einer zusätzlichen Lichtquelle für das Auslesen der Speicherkarte bestückt werden.