Ein Forscherteam will Defekte in Kristallstrukturen nutzen, um viele Daten auf kleinstem Raum zu speichern. Die Fehlstellen der Größe eines Atoms repräsentieren dabei jeweils die klassische digitale Information von 1 und 0.
Ein Atom pro Bit
“Jede Speichereinheit besteht aus einem einzelnen fehlenden Atom, also einem einzelnen Defekt”, erklärte Assistenzprofessor Tian Zhong von der University of Chicago. Dadurch lässt sich eine enorme Menge an Daten in einem winzigen Materialwürfel unterbringen. Ein nur einen Millimeter großer Kristall könnte so Terabytes an Speicherplatz bieten, wie aus dem zugehörigen Paper hervorgeht.
Die Innovation entstand aus interdisziplinärer Forschung, die Quantenmechanik mit klassischen Computerspeichern verbindet. Die Grundlagen dafür wurden bei Studien zu Strahlungsdosimetern gelegt, Geräten, die messen, wie viel Strahlung medizinisches Personal beispielsweise durch Röntgenstrahlen aufnimmt.
Dabei erkannte man bald das Potenzial optischer Techniken zur Manipulation gespeicherter Informationen. Durch Bestrahlung eines Kristalls mit Licht ließen sich Elektronen freisetzen, die dann in Defekten des Kristallgitters gefangen wurden. Diese Mechanismen nutzte das Team, um eine vollkommen neue Speicherarchitektur zu entwickeln.
Seltene Erden wirken
Zur Umsetzung ihrer Methode integrierten die Wissenschaftler Seltene-Erden-Metalle, sogenannte Lanthanoide, in die Kristallstrukturen. Sie verwendeten insbesondere Praseodym in Yttriumoxid-Kristallen, doch das Verfahren könnte auch mit anderen Materialien funktionieren. Die seltenen Erden besitzen spezielle optische Eigenschaften, die eine gezielte Steuerung der Speicherprozesse ermöglichen.
Die Speicherung erfolgt durch gezielte Aktivierung mit ultraviolettem Licht, wodurch Elektronen freigesetzt und in Kristalldefekten gefangen werden. So lassen sich geladene und ungeladene Defekte gezielt als Einsen und Nullen interpretieren. Laut Zhong enthält ein einziger Millimeter großer Kristall bereits mindestens eine Milliarde solcher Speichereinheiten, hier wären also sehr hohe Datendichten erreichbar.
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Zusammenfassung
- Forscher nutzen atomgroße Defekte in Kristallen zur Datenspeicherung
- Einzelne Fehlstellen repräsentieren digitale Informationen von 1 und 0
- Millimetergroßer Kristall könnte Terabytes an Speicherplatz bieten
- Verbindung von Quantenmechanik und klassischen Computerspeichern
- Seltene-Erden-Metalle in Kristallstrukturen ermöglichen Speicherprozesse
- Gezielte Aktivierung mit UV-Licht setzt Elektronen frei
- Ein Millimeter Kristall enthält mindestens eine Milliarde Speichereinheiten
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