Bits auf dem Schachbrett

News: Bits auf dem Schachbrett

Computer sind hungrig nach Speicher - je mehr desto besser. Um das ständige wachsende Bedürfnis zu befriedigen, müssen sich Physiker schon einiges einfallen lassen. Nun sind sie auf die Idee gekommen, die magnetischen Schichten, wie man sie beispielsweise in Festplatten verwendet, zu strukturieren. So erreichten die Forscher bislang unerreichte Speicherdichten.

Thorsten Krome

Anfang der 90er war man schon stolz, überhaupt eine Festplatte zu besitzen. Die damals sündhaft teuren Speichermedien erlaubten es doch, im Vergleich zur Diskette, schier unvorstellbare Mengen an Daten zu speichern. Alsbald wurde aber auch die Software hungriger, verbrauchte mehr Platz und größere Platten mussten her. Gigabyte lösten Megabyte ab, und trotzdem schrumpften die Platten rein äußerlich zusehends. Auch weiterhin besteht Bedarf an immer größeren Datenspeichern. Ist denn kein Ende in Sicht? Wie lange lässt sich das Spiel weiter treiben?

Das Bit – die kleinste Informationseinheit – eines Speichermediums besteht aus einem kleinen Bereich, der sich durch seine Magnetisierung von der Umgebung abhebt. Er umfasst meist unzählige magnetische Körner oder Domänen, das sind Bereiche im Material, in denen alle Elementarmagneten bevorzugt in eine Richtung zeigen.

In den letzten Jahren verfolgten die Hersteller zwei Strategien, höhere Speicherdichte zu erlangen: Zum einen reduzierten sie die Zahl der magnetischen Domänen, die ein Bit bilden. Das hatte jedoch den gravierenden Nachteil, dass sich das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechterte, was es schwieriger machte, einzelne Bits als solche zu erkennen.

Zum anderen verkleinerte man die Körner selbst – behielt aber ihre Zahl in einem Bit bei. Doch auch diesem Ansatz ist eine natürlich Grenze geboten. Denn ab einer bestimmten Größe, dem so genannten superparamagnetischen Limit, sind die einzelnen Körner nicht mehr stabil und verlieren spontan ihr magnetisches Gedächtnis – Datenverlust wäre die Folge.

Jens Lohau und seine Kollegen vom IBM Almaden Research Center in San Jose verfolgten eine besondere Idee, diesen Effekt zu lindern. Sie strukturierten die magnetische Oberfläche einer Cobalt-Chrom-Platin-Schicht wie ein miniaturisiertes Schachbrett: Mit der focused-ion-beam-Technik schnitten sie zwanzig Nanometer breite Gräben in das Material, sodass quadratische Inseln übrig blieben. Die Forscher stellten sie mit einer Kantenlänge zwischen 60 und 230 Nanometern her. Dabei zeigte sich, dass die kleinen Inseln bereits einheitlich magnetisiert und damit thermisch stabil waren, das heißt bei Raumtemperatur nicht dazu neigen, ihre Magnetisierung zu ändern.

Mit Hilfe eines Gerätes, das Schreib- und Lesevorgänge simuliert, konnte das Team zeigen, dass dank der besonderen Struktur Speicherdichten von bis zu 100 Gigabit pro Quadratzoll möglich sind – heutige Festplatten erreichen gerade mal eine Dichte von 20 Gigabit pro Quadratzoll. Allerdings fehlt es noch an geeigneten Schreib-Leseköpfen, die auf so kleinem Maßstab arbeiten können. So wird es noch ein Weilchen dauern, bis die neue Technik in unsere Festplatten einzieht. Jedenfalls zeigt sich, dass noch genug Spielraum für magnetische Medien vorhanden ist und sicherlich noch so mancher Speicherrekord purzeln wird, bevor eine gänzliche neue Technik entwickelt werden muss.