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pte20200701001 Forschung/Entwicklung, Technologie/Digitalisierung

Metall-"Kartenstapel" als effizienter Datenspeicher

Wenige Atome dicke Schichten könnten Technologien wie Flash ablösen


Schichten: Verschiebung erlaubt Datenspeichern (Foto: EElla Maru Studios)
Schichten: Verschiebung erlaubt Datenspeichern (Foto: EElla Maru Studios)

Stanford (pte001/01.07.2020/06:00) - Winzige Stapel atomdünner Metallschichten: Das sind womöglich die Datenspeicher der Zukunft. Denn ein Team unter Leitung der Stanford University hat gezeigt, dass eine geringe Verschiebung benachbarter Lagen in solch einem Stapel als Daten-Bit dienen kann. Dieses ist demnach mit sehr geringem Energieaufwand zu stellen und kann auch ausgelesen werden, ohne die Information zu verändern. Das könnte einen nichtflüchtigen Speicher ermöglichen, der viel stromsparender und kompakter ist als heute gängige Technologien wie Flash.

Metall-Kartenstapel

Die Forscher setzen auf eine Klasse von Metallen, die extrem dünne Schichten bildet. Für die jetzt in "Nature Physics" veröffentlichte Arbeit arbeiteten sie konkret mit Wolframtellurid, bei dem je eine Schicht drei Atome dick ist. Diese Schichten stapelte das Team praktisch wie Nano-Spielkarten. Ein sehr kleiner Stromimpuls führt in solch einem Stapel dazu, dass sich die geradzahligen Schichten leicht gegen die ungeradzahligen verschieben. "Die Anordnung der Schichten wird zur Methode, um Information zu speichern", sagt nun Aaaron Lindenberg, Stanford-Professor für Materialwissenschaft und -technik. Das liege daran, wie die Verschiebung Elektronen beeinflusst.

Der resultierende Datenspeicher ist nichtflüchtig, da die Schichten ihre Position beibehalten, bis ein weiterer winziger Stromstoß sie wieder verändert. Die im Stapel gespeicherte Information kann zudem ausgelesen werden, ohne sie zu vernichten. Dazu machen sich die Forscher einen Quanteneffekt namens Berry-Krümmung zunutze. Diese wirkt praktisch wie ein Magnetfeld, dank dem die Elektronen in den Schichten manipuliert werden können, um die Anordnung auszulesen, ohne den Stapel selbst dadurch zu stören.

Ultra-Stromsparen

Dem Team zufolge ist der Strombedarf zum Verschieben der Schichten so winzig, dass sich eine 0 oder 1 viel energieeffizienter schreiben lassen sollte als bei heute gängigen Speichertechnologien wie Flash. Zudem gehen die Forscher davon aus, dass Speichervorgänge hundertmal schneller vollzogen werden könnten. Der Ansatz scheint also sehr interessant für eine hoch energieeffizente Elektronik der Zukunft.

Die Wissenschaftler arbeiten nun daran, die zum Patent angemeldete Technologie weiter zu optimieren. So gehen sie aufgrund von Berechnungen davon aus, dass sie die Speicherkapazität noch deutlich steigern können. Zudem ist denkbar, dass andere 2D-Materialien für den Ansatz noch besser geeignet sind als Wolframtellurid.

(Ende)
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