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Nanotechnik zur Aufzeichnung

Mit der Nadelspitze eines Rastertunnel-Mikroskops (RTM) lassen sich einzelne Atome adressieren. Ist diese Spitze magnetisch, kann sie den Spin (Drehimpuls) einzelner Elektronen messen und somit deren magnetischen Zustand ermitteln. Das RTM ist jedoch für die Nutzung als Datenspeicher ein Vielfaches zu groß, zu teuer und zu langsam. Es wird aber daran gearbeitet, dieses Prinzip zumindest in Verbindung mit dem unlängst bei IBM entdeckten Phänomen der selbst organisierenden Speicherklümpchen (magnetische Körnchen) auszunutzen. Durch besondere Fertigungsmethoden organisieren sich in bestimmten Materialien kleine Gruppen von beispielsweise 4 nm Durchmesser in regelmäßigen Abständen zu magnetischen Zellen. Diese sind thermisch sehr stabil. Mit diesen kleinen Zellen ließe sich die Speicherdichte nach Meinung von IBM um den Faktor 1000 vergrößern.

Produktion: Erzeugung von selbst organisierenden magnetischen Elementen aus FePt.
Produktion: Erzeugung von selbst organisierenden magnetischen Elementen aus FePt.

Als Aufzeichnungs- und Lesemethode sollte man besser ein AFM (Atomic Force Microscope) in Chipform einsetzen. Am Almaden-Forschungszentrum von IBM in San Jose, CA, wurden schon entsprechende nanomechanische Chips verwendet. Beim Einsatz auf CD-ROMs mit gepressten Scheiben ließen sich Datendichten von bis zu 60 Gbit/in² lesen. Im Schreibbetrieb wurden Datendichten bis zu 40 Gbit/in² erreicht. Die Nanomechanik erlaubt derzeit nur ein relativ langsames Lesen mit etwa 10 Mbit/s. Deshalb erprobt das IBM-Labor in Zürich Chips mit derzeit 1024 Nadelspitzen (32 x 32) in einem Raster von etwa 40 nm. Die entsprechende Datendichte liegt dann bei etwa 500 Gbit/in². Durch die Parallelverarbeitung sind Datenraten von einigen hundert Mbit/s erreichbar.

In abgewandelter Form wird diese Sondentechnik von Seagate als Kleinspeicher für mobile Geräte (PDAs, Mobiltelefone) vorgeschlagen. Über einen rechteckigen Chip wird eine Art elektromagnetischer Besen mit regelmäßigem Borstenabstand als Schreib-/Leseelement positioniert. Elektromagnetisch oder mit MEMS-Technik wird der Chip in X- und Y-Richtung bewegt. So lassen sich viele Bits simultan neben- und hintereinander schreiben und lesen. Seagate rechnet mit ersten Sondenspeicher-Produkten in den Jahren 2006/2007.

Übergreifend nennt man diese Einzel-Atom-Speicherverfahren auch Contact Recording, da die Nadelspitze die Erhebungen (Speicherstellen) berührt. Im Durchschnitt bieten diese Verfahren etwa 300 Gbit/in² Speicherdichte. Ferro-elektrische holografische optische Verfahren sollen noch höhere Speicherdichten erlauben.