Spinspiralen für dichtere Datenspeicher

Hamburg/Jülich – Je dichter die Datenpunkte auf einer Festplatte zusammenrücken, desto schwieriger können einzelne Bits kontrolliert und ausgelesen werden. Mit einer winzigen Kette aus einzelnen Eisenatomen könnte auch in Zukunft die Datenspeicherung fehlerfrei erfolgen. Wie Physiker in der Fachzeitschrift „Physical Review Letters“ berichten, lassen sich mit sogenannten Spinspiralen in den Atomketten die magnetischen Orientierungen und damit die Basiseinheiten für digitale Speicher elegant bestimmen.

Blau-grüne Fläche, in der einzelne Reihen erhoben sind. In den erhobenen Reihen sind die einzelnen Eisenatome als rot-gelbe Punkte zu sehen.
Magnetische Ordnung von Ketten aus Eisenatomen

„Unseres Wissens ist dies ein vollkommen neues Konzept für einen Datentransport in dieser Größendimension“, sagt Stefan Bügel vom Forschungszentrum Jülich. Für diesen neuen Typus eines atomaren „Lesekopfs“ setzten seine Kollegen von der Universität Hamburg symmetrisch aufgereihte Ketten aus Eisenatomen auf eine Unterlage aus Iridium. In diesen Ketten ordneten sich die magnetischen Spins der Atome in einer Spirale an. Kam nun die Spitze dieser Spirale einem magnetisierten Objekt sehr nahe, wirkte sich diese Magnetisierung direkt auf das andere Ende der Spirale etwa 30 Millionstel Millemeter entfernt aus. Dort ließ sie sich mit der atomfeinen Sonde eines Rastertunnelmikroskops auslesen.

Diese Spinspirale bietet damit eine Möglichkeit, störungsfrei die magnetische Ausrichtung eines winzigen Datenpunkts zu bestimmen. Das ist eine wichtige Voraussetzung für fehlerfreie Leseprozesse digitaler Daten. Festplatten, die auf diesem Prinzip aufbauen, liegen allerdings noch in weiter Ferne. Denn bisher funktionierten diese Versuche nur bei tiefen Temperaturen von bis zu minus 173 Grad Celsius. Da die Spinspiralen jedoch sehr stabil waren, hoffen die Forscher, diesen Leseprozess auch bei höheren Temperaturen bis zur Raumtemperatur wiederholen zu können. Computersimulationen, durchgeführt am Forschungszentrum Jülich, unterstützen diese Arbeiten.

Sollte dieser Schritt gelingen, könnten in Zukunft Festplatten entwickelt werden, die pro gespeichertem Datenbit nur noch sehr wenige oder gar ein einziges Atom benötigen. Eine Vervielfachung der heute erreichten Speicherdichte wäre damit vorstellbar.