Bits schrumpfen auf Atomgröße

Winzigere Datenspeicher sind kaum möglich: Ein US-Forscherteam hat einen beschreib- und ablesbaren Chip entwickelt, auf dem einzelne Atome als kleinste Informationseinheiten dienen.

Der Nobelpreisträger Richard Feynman hatte den Traum von der Speicherminiaturisierung bereits 1959 auf die Spitze getrieben: Alle je zu Papier gebrachten Wörter, so seine damalige Berechnung, könnten in einen Würfel mit einer Kantenlänge von gut hundert Mikrometern passen - vorausgesetzt, sie wären mit Atomen geschrieben.
 
Über vier Jahrzehnte später schicken sich Nachfolger des 1988 gestorbenen Physikers an, das kühne Gedankenspiel in die Tat umzusetzen. Das Forscherteam um Franz Himpsel von der University of Wisconsin-Madison hat einen Speicher entwickelt, in dem die kleinsten Informationseinheiten, die Bits, von einzelnen Silizium-Atomen repräsentiert werden.

"Dies ist der Beweis dafür, dass Feynmans vor mehr als 40 Jahren geäußertes Konzept machbar ist", sagt Himpsel. Zwar ist der von den Wissenschaftlern angefertigte Atom-Chip, anders als der theoretische Würfel, zweidimensional. Dennoch bietet er die millionenfache Speicherdichte einer herkömmlichen CD-Rom, die derzeit als Informationsträger verwendet wird.

Bei der Herstellung des Speicherchips kamen Himpsel und seine Kollegen ohne lithografische Verfahren aus. Stattdessen bedampften sie einen Silizium-Wafer derartig mit Gold, dass eine gerillte Oberfläche entstand. Die winzigen Furchen füllten die Forscher durch erneutes Aufdampfen mit Silizium-Atomen. Diese bildeten - wie Eier in einem Eierkarton - Reihen mit regelmäßigen Abständen.

In den entstandenen Zeilen steht ein einzelnes Silizium-Atom für die Information "1". Wird das Atom mit der superfeinen Spitze eines so genannten Raster-Tunnelmikroskops entfernt, verändert sich der Zustand des Bits zu "0". Auf diese Weise lässt sich der Chip, so die Wissenschaftler, wie ein herkömmlicher Speicher beschreiben, lesen, initialisieren und formatieren.

Bei diesem Verfahren benötigt ein Bit zusammen mit seiner Halterung aus Gold insgesamt 20 Atome. Damit ähnelt der neuartige Silizium-Chip, wie Himpsel anmerkt, in seiner Speicherdichte dem wichtigsten natürlichen Informationsträger: der DNS. Auf dem Erbgut-Molekül umfasst eine fundamentale Einheit, nämlich die Hälfte eines Basenpaars, 32 Atome.

Dennoch ist der Atom-Speicher, den das Team in der letzten Ausgabe des Fachblatts "Nanotechnology" vorstellte, noch weit von einem praktischen Einsatz entfernt. Bislang muss der Chip im Vakuum hergestellt und beschrieben werden, wozu ein Raster-Tunnelmikroskop nötig ist. Auch das Lesen dauert bei der extrem hohen Informationsdichte länger. Himpsel: "Wenn man den Speicher sehr klein macht, wird er auch langsamer."