Kleine Körner für große Speicherkapazität

News: Kleine Körner für große Speicherkapazität

Wer sich einen neuen Computer angeschafft hat, ärgert sich in der Regel schon nach kurzer Zeit, weil ein noch schnelleres, besseres und leistungsstärkeres Gerät auf den Markt kommt. Allerdings scheinen die Hersteller nun doch an die physikalischen Grenzen ihrer Materialien zu stoßen. Zumindest die Speicherkapazität kann mit herkömmlichen Methoden nicht mehr beliebig vergrößert werden. Nun haben Wissenschaftler einen Film aus winzig kleinen Partikeln - mit einem Durchmeser von nur vier Nanometern - entwickelt, der womöglich Daten im Bereich von Terabytes pro Quadratzentimeter speichern könnte. Damit würde er die Kapazität heutiger Festplatten um das Hundertfache schlagen.

Um eine herkömmliche Festplatte zu fertigen, sprühen Hersteller einfach unter Vakuum eine Cobaltlegierung auf eine Oberfläche, die sie dann anschließend brennen, wodurch ein Material aus 15 bis 20 Nanometer-großen Körnern entsteht. Für das Speichern von einem Bit Information richtet ein Schreibkopf typischerweise die magnetische Orientierung von einigen Hundert solcher Partikel aus. Durch ständige Verringerung ihrer Größe konnten Ingenieure in der letzten Zeit die Speicherkapazität von Festplatten um rund 100 Prozent pro Jahr steigern. Aber noch kleiner können die Körner nun wohl nicht mehr werden. Denn viele Materialien verlieren ihre magnetischen Eigenschaften, wenn die Größe der Teilchen unter zehn Nanometer sinkt. Dagegen neigen stark magnetische Materialien dazu, zusammenzuklumpen, anstatt gleichmäßige Flächen zu bilden.

Shouheng Sun und seine Kollegen vom IBM T.J. Watson Research Center in New York konnten beide Probleme umgehen. Sie mischten in einer Lösung zwei Metallsalze – eines mit elektronenhungrigen Eisenatomen und eines mit Platinatomen, die Elektronen abgeben können. Nach dem Lösen der Verbindungen umlagerten die Eisenatome wegen ihrer Elektrophilie die Platinatome, wodurch kleine Kügelchen entstanden.

In der Lösung waren außerdem noch Detergentien, Ölsäure und Fettamine enthalten. Diese Zusatzstoffe lagerten sich an die wachsenden Metallkörnchen an und verhinderten, dass sie mehr als vier Nanometer groß wurden. Anschließend leerte das IBM-Team das Becherglas mit der Lösung einfach aus: Das Lösungsmittel verdunstete und die Teilchen ordneten sich in einer gleichmäßigen Struktur auf dem Untergrund an. Die Wissenschaftler erhitzten das Material für etwa 30 Minuten bei 500 Grad Celsius, wobei die Partikel durch eine harte Kohlenstoffbeschichtung fixiert wurden.

Die neuen Materialien können Daten wiedergabetreu in einer Dichte speichern, die der von herkömmlichen Festplatten entspricht (Science vom 17. März 2000). Die geringe Größe der Körner lässt aber vermutlich eine zehnfache Zunahme der Kapazität mit derzeitigen Schreib- und Leseköpfen zu. Wenn allerdings diese Köpfe insofern verbessert werden könnten, dass sie die magnetische Orientierung einzelner Partikel beeinflussen, könnten die Filme erheblich größere Mengen an Information speichern.

Sun gibt zu, dass dies noch Zukunftsmusik ist und noch viel Arbeit in die Herstellung der neuen Materialien gesteckt werden muss, bevor sie auf den Markt kommen können. Aber dennoch "ist es eine tolle Sache", sagt der Chemiker und Nanopartikelexperte Jim Heath von der University of California in Los Angeles. "Das bedeutet, dass magnetische Speicherung bis auf die molekulare Ebene heruntergebracht werden kann."

Siehe auch

Spektrum Ticker vom 10.3.2000
"Mit 1000 Füßen in die Datenberge"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
Spektrum Ticker vom 5.5.1999
"Magnetspeicher weisen den Weg"
(nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)