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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Einzelne Atome als Informationsspeicher verwendet |
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| | | Die Datenmengen werden immer größer, die elektronischen Geräte immer kleiner - entsprechend leistungsfähiger müssen auch die auf engem Raum angeordneten Speichersysteme werden. Deutschen Forschern ist es nun gelungen, die kleinste mögliche Einheit, ein Atom, mit einer Information zu versehen und diese auszulesen. |
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Das Problem ist aber, dass diese atomaren Qubits sich noch nicht stabilisieren lassen und zwischen den Informationszuständen "1" und "0" hin- und herwechseln.
Noch müsste getestet werden, welche Kombination aus Unterlage und darauf befindlichen Atomen am meisten Stabilität verspricht, schreiben die Forscher um Focko Meier vom Institut für angewandte Physik der Universität Hamburg in ihrer Studie.
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Die Studie "Revealing Magnetic Interactions from Single-Atom Magnetization Curves" ist am 4. April 2008 in "Science" erschienen (Band 320, Nr. 5872, S. 82-86, DOI: 10.1126/science.1154415). |
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 Zum Abstract |
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Atome für "immens hohe Speicherdichten" |
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Die Grundbausteine magnetischer Datenspeicher sind die sogenannten "Bits". Ihre Magnetisierung kann nach oben ("1") oder nach unten ("0") ausgerichtet werden. Dadurch kann Information gespeichert und später wieder ausgelesen werden. Die Bits wurden in den letzten Jahrzehnten immer kleiner - angesichts der wachsenden Datenmengen wird aber nach noch kleineren Einheiten gesucht.
"Wäre man in der Lage, Bits aus einzelnen Atomen herzustellen, ergäben sich immens hohe Speicherdichten", beschreiben die Forscher die Herausforderung.
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Magnetisierungszustand auslesen |
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Ideen, solche atomaren Bits, bei denen quantenmechanische Eigenschaften zutage treten und die deshalb "Qubits" genannt werden, für neuartige Rechenverfahren zu nutzen, gibt es bereits. Die wichtigste Voraussetzung für solche Technologien ist aber, dass der Magnetisierungszustand der Qubits ausgelesen werden kann.
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Cobalt-Atome auf Platinunterlage
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Genau das ist den Hamburger Wissenschaftlern nun gelungen: Sie benutzten Cobalt-Atome, die auf eine Platinunterlage aufgebracht wurden (siehe Bild oben). Als Lesekopf diente die magnetisch beschichtete Spitze eines Rastertunnelmikroskops, mit deren Hilfe die Atome berührungslos abgetastet wurden.
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Große Hürde: Stabilisierung des Zustands |
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Grundsätzlich ist schon die Tatsache, dass es gelungen ist, von einem Qubit die Information abzulesen, eine Sensation. Bevor allerdings auf Basis dieser Erkenntnisse funktionierende Speichermedien gebaut werden können, müssen noch große Hürden überwunden werden, wie die Forscher selbst einräumen:
Magnetische Speicher beruhen darauf, dass die Magnetisierung der Bits nicht von selbst von "1" auf "0" schaltet - sonst würde die Information verloren gehen. Die Bits müssen also bei Raumtemperatur "magnetisch stabil" sein.
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Cobalt-Atome wechseln zwischen "0" und "1" |
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Wie die Forschergruppe festgestellt hat, ist dies für die von ihnen untersuchten Cobalt-Atome selbst bei extrem tiefen Temperaturen von -273 °C nahe dem absoluten Nullpunkt nicht der Fall: Die Cobalt-Atome schalten statistisch zwischen "1" und "0" und können nur mithilfe eines von außen angelegten Magnetfeldes in einen bevorzugten Zustand gezwungen werden.
Damit wird aber praktisch der gesamte Speicher gelöscht, da danach alle Bits im selben Zustand sind. Der Informationsgehalt ist dann gleich null.
Eine weitere Schwierigkeit liegt laut Studie in der wechselseitigen Beeinflussung der Bits: Ist ein Bit im Zustand "0", so kann ein benachbartes Bit in den Zustand "1" gezwungen werden, was ebenfalls die Speicherstabilität verschlechtert.
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Materialkombinationen testen |
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Hoffnung besteht aber dennoch, sind sich die Hamburger Physiker sicher: Denn mit der im Rahmen der Studie entwickelten Technik können nun verschiedene Materialkombinationen getestet werden.
Die Forscher wollen herausfinden, wie Unterlage und Bits beschaffen sein müssen, um magnetisch zumindest bei tiefen Temperaturen stabil zu sein. Damit würde man dem Ziel eines Speichers mit atomaren Qubits einen großen Schritt näher kommen.
[science.ORF.at/idw, 4.4.08]
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01.01.2010 |
