Datenspeicherung

�ber die Ma�en

Elektronische Ger�te m�ssen schnell sein und nat�rlich m�glichst klein. Doch der Miniaturisierung sind Grenzen gesetzt - irgendwann kann die Information einfach nicht weiter zusammengeschn�rt werden. Es sei denn, man geht neue Wege.

Maike Pollmann

Will man seinen Namen auf ein Reiskorn schreiben, bedarf das schon geh�riger Fingerfertigkeit. Mit technischen Hilfsmitteln erscheinen diese Dimensionen allerdings lachhaft. Bereits im Jahr 1989 schrieben zwei Forscher die Buchstaben IBM mit nur 35 Xenonatomen auf eine Nickeloberfl�che. Mit dieser Herangehensweise w�rden die Namen der Einwohner einer Gro�stadt auf ein Reiskorn passen.

Ihren Kleinschreibrekord verdanken die Wissenschaftler einem Rastertunnelmikroskop, mit dem sie die einzelnen Atome der Reihe nach auf den rechten Platz brachten. Trotzdem sollte zwischen den einzelnen Teilchen immer gen�gend Abstand herrschen, damit sie nicht miteinander in Wechselwirkung treten – so w�re also der Menge an maximal aufschreibbarer Information pro Fl�che eine nat�rliche Grenze gesetzt.

Hologramm aus Molek�len

Hari Manoharan von der Stanford University in Kalifornien und seine Mitarbeiter haben es jedoch geschafft, diese zu unterschreiten. Sie arbeiten zwar ebenfalls mit einem Rastertunnelmikroskop, doch war ihr Ansatz ein anderer: Mit den Molek�len bastelten die Wissenschaftler ein Quantenhologramm, anstatt direkt auf die Oberfl�che zu schreiben. W�hrend ein gew�hnliches Hologramm Lichtwellen nutzt, um dreidimensionale Objekte zu speichern und sp�ter plastisch wiederzugeben, erzeugt die neue Methode perfekte Abbilder mit Hilfe der quantenmechanischen Eigenschaften von Elektronen.

Bildzoom — **Meilensteine im Kleinschreiben**

Diese sorgen zum Beispiel daf�r, dass ein Teilchen zun�chst keinen bestimmten Standort hat, sondern lediglich gewisse Aufenthaltswahrscheinlichkeiten. Tats�chlich befindet es sich gleichzeitig in verschiedenen Zust�nden – so hat ein Elektron ihres Fingers immerhin eine verschwindend geringe Chance, sich gerade in Paris aufzuhalten. Mit dieser Eigenart lernten Physiker allerdings umzugehen. Sie schrieben den Teilchen eine Wellenfunktion zu, mit der sich diese Wahrscheinlichkeiten immerhin berechnen lassen. Und in eben dieser kodierten die Forscher um Manoharan nun die gew�nschten Informationen.

Ein S f�r Stanford

Mit einem Rastertunnelmikroskop positionierten und manipulierten sie dazu Kohlenmonoxid-Molek�le auf einer Schicht aus Kupfer in der Art, dass sp�ter, also im Hologramm, ein rund ein Nanometer gro�es "S" mit einer Linienbreite von nur 0,3 Nanometern f�r Stanford zu erkennen sein w�rde. Es besetzte damit nur die H�lfte der Fl�che, die bislang von den kleinsten Buchstaben – aus direkt auf die Oberfl�che gebrachten Metallatomen – eingenommen wurde. Zudem enthielt das Stanford S 35 Bit an Informationen, beziehungsweise eine Informationsdichte von mehr als 20 Bit pro Quadratnanometer – mehr als das doppelte als bei den "klassischen" Schreibverfahren.

Im Fall eines herk�mmlichen Hologramms bedarf es einer externen Lichtquelle, um das dreidimensionale Bild erstrahlen zu lassen. Hier �bernahmen nun die Elektronen an der Kupferoberfl�che den Job: Sie interferieren mit den Kohlenmonoxid-Molek�len zu einem Quantenhologramm. Allerdings l�uft diese Projektion nicht in drei, sondern nur in zwei Raumdimensionen und einer Energiedimension. So l�sst es sich dann auch nicht mit blo�en Augen bestaunen – wieder kam das Rastertunnelmikroskop zum Einsatz.

Ferner demonstrierten Manoharan und sein Team, dass sich auch weitere Informationen in dasselbe Hologramm schreiben lassen: in diesem Fall ein "U". Sie lasen die beiden Buchstaben aus, indem sie das Hologramm nach Elektronen auf verschiedenen Energieniveaus abtasteten. Leider ist es bisher sehr zeitaufw�ndig, die Werke auf diese Weise zu betrachten. Eine praktische Anwendung der Technik liegt deshalb auch noch in weiter Ferne. Zumindest in diesem Punkt geht das gemeine Reiskorn als klarer Sieger hervor.

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