Die Menschheit produziert jeden Tag große Mengen an Daten. Nicht alles davon muss gespeichert werden, aber der Speicherbedarf wächst auch von Tag zu Tag. Deshalb forschen Wissenschaftler weltweit an neuen Methoden, um Daten zu speichern. Dabei stehen Faktoren wie Langlebigkeit und Größe der Speichermedien im Fokus. Forschern der University of Manchester gelang ein großer Durchbruch in Sachen molekularer Speichertechnologie – als dem Speichern größerer Datenmengen in einzelnen Molekülen. Die Ergebnisse des Teams könnten zu neuen Speichermedien führen, die 25 Terabyte (oder 25.000 Gigabyte) auf einer Fläche von etwa 6,5 Quadratzentimeter speichern können.


Bild: Virginia Tech – date center, Christopher Brown, Flickr, CC BY-SA 2.0

Molekulare Speichersysteme erfordern enorm niedrige Temperaturen

Die meisten klassischen Speichermedien basieren auf Magnetismus. Dabei wird auf magnetischen Körnern von etwa 10 bis 20 Nanometer Größe je ein Bit codiert. Je nach Ausrichtung der Körner codieren sie den Wert 0 oder 1. Dabei entsteht eine Art Memory-Effekt – die Körner behalten ihre Ausrichtung auch dann bei, wenn das Magnetfeld entfernt wurde. Diesen Effekt bezeichnet man als magnetische Hysterese.

Die Hysterese ist auch die große Herausforderung bei der Entwicklung kleinerer Speichermedien. Bei einzelnen Molekülen ist sie nur schwer zu erreichen. Für molekulare Hysterese mussten die Moleküle bisher auf eine Temperatur von -259 Grad Celsius gekühlt werden. Dieser Umstand machte die Entwicklung molekularer Speichersysteme schwer.


Das Team der University of Manchester berichtet, magnetische Hysterese auf molekularer Ebene nun bei einer Temperatur von -213 Grad erreicht zu haben. Das dabei verwendete Molekül war ein Atom des chemischen Elements Dysprosium. Der Temperaturunterschied wirkt nicht besonders groß, in der Praxis könnte er aber den Unterschied bei der Entwicklung tatsächlicher molekularer Speichersysteme machen.

„Here we are approaching the temperature of liquid nitrogen, which would mean data storage in single molecules becomes much more viable from an economic point of view“, so Dr. Nicholas Chilton, der an dem Projekt beteiligt war.

Die Zukunft der Datenspeicher?

Flüssiger Stickstoff erreicht eine Temperatur von -196 Grad Celsius. Wenn es den Forschern also gelingt, die für die molekulare Hysterese notwendige Temperatur noch ein wenig zu erhöhen, könnten die Speichersysteme günstig und effektiv auf der richtigen Temperatur gehalten werden.

Molekulare Speichersysteme haben enormes Potential. Natürlich nicht in heimischen Computern, sehr wohl aber in großen Datencentern. Die Speicherdichte solche Systeme liegt etwa 100 Mal über der von aktuell verwendeten Datenspeicher-Systemen. Und zumindest in der Theorie lassen sich molekulare Speichersysteme auch deutlich effizienter betreiben.

Google hat allein in den letzten drei Jahren etwa 30 Milliarden Dollar in neue Datencenter investiert. Mit der steigenden Verbreitung von Cloud-Diensten wird auch der Speicherbedarf immer größer. Daher wird auch die Speicherdichte von Datensystemen immer wichtiger.

Das Team aus Manchester ist zuversichtlich, dass die Temperaturschwelle von flüssigem Stickstoff in nicht allzu ferner Zukunft erreichbar ist. Langfristig sollten sogar noch höhere Temperaturen für die molekulare Hysterese erreicht werden können, was die Kühlung molekularer Speichersysteme noch einfacher machen würde.

via University of Manchester

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