Es gibt Menschen, die haben eine so ruhige Hand, dass sie einen Namen auf ein Reiskorn schreiben können. Mehrere Wörter oder gar Sätze können aber auch sie nicht auf einem Getreidekorn unterbringen – ihr Haarpinsel wäre einfach zu dick, und die Buchstaben würden einander überlappen. Information braucht eben Platz, sonst verwischt sie.

Vor einem ähnlichen Problem stehen Wissenschaftler, die den rasant ansteigenden Bedarf unserer Informationsgesellschaft nach günstigem Speicherplatz befriedigen wollen. Meistens ver"ewigen" wir Computerdaten als Folge von Bit genannten Einheiten in Form unterschiedlicher Magnetisierungen auf Festplatten, die früher Millionen und inzwischen Billionen von Bits auf wenigen Quadratzentimetern fassen. Doch magnetische Felder wirken gerne über die gewünschten Grenzen hinaus, und so drohen bei einer weiteren Miniaturisierung die Bits zu verwischen wie die Buchstaben auf dem Reiskorn. Es sei denn, es fände jemand einen feineren Pinsel.

An der Universität Hamburg ist ein Forscherteam um Stefan Krause solch einem magnetischen Schreibgerät der Zukunft auf der Spur. Eigentlich liegt die Stärke des von ihnen verwendeten spinpolarisierten Rastertunnelmikroskops darin, die magnetische Landschaft einer Oberfläche mit atomarer Auflösung zu kartieren. Verantwortlich für die magnetischen Eigenschaften der Atome sind die Elektronen, für die nicht nur ihre elektrische Ladung, sondern auch ihr Spin charakteristisch ist.

Stark vereinfacht kann man sich den Elektronenspin wie die Rotation des Teilchens um seine eigene Achse vorstellen. In einem Magnet zeigen nun über weite Bereiche alle Spins in dieselbe Richtung. Die Sonde des Mikroskops fährt nun über das zu untersuchende Material und je nach Magnetisierungsrichtung der Sondenspitze zu der Probe, fließt ein unterschiedlicher Strom von Elektronen zwischen den beiden. Auf diese Weise können die Wissenschaftler sogar auf die magnetische Ausrichtung einzelner Atome schließen.

In den Experimenten der Forscher stellte sich heraus, dass ein größerer Strom von Elektronen mit festgelegtem Spin ebenso gut die Richtung des Magnetfeldes in kleinen Bereichen der Probe verändern kann – ohne sich auf die Nachbarregionen auszuwirken. Die Ursache dafür sehen die Hamburger in der lokalen Erhitzung der Nanoinseln von etwa hundert Eisen-Atomen, in denen die Bits gespeichert werden.

Zwar tunnelten lediglich zwei Mikroampere über den Vakuumspalt zwischen Mikroskopspitze und Nanoinsel, doch bezogen auf deren Fläche errechnet sich daraus eine gewaltige elektrische Stromdichte, die das Eisen von einem Zustand in den anderen springen ließ. Da es nur zwei Zustände gab, könnten diese gut als "1" und "0", den Buchstaben digitaler Information, interpretiert werden.

Damit sind spin-polarisierte Rastertunnelmikroskope geeignet, magnetische Ausrichtungen auf kleinstem Raum zu lesen und auch zu manipulieren. Allerdings sind sie außerdem unhandlich groß, ziemlich teuer und nicht einfach zu bedienen. Um zum Massenspeicher der Zukunft zu werden, bedarf es darum unbedingt noch einer ordentlichen Miniaturisierung – womit wir aber wieder beim Ausgangsproblem angekommen wären.