JARA entwirft Datenspeicher der Zukunft

Die Entwicklung elektronischer Speichermedien eilt in Siebenmeilenstiefeln voran: Alle 18 Monate verdoppelt sich die Kapazität herkömmlicher Medien. Immer mehr Fotos, Videos und Musiktitel füllen die Speicher von Handys und Kameras.

Doch das Wachstum der derzeitigen Flash-Speicher stößt an physikalische Grenzen: „Spätestens in fünf bis sechs Jahren benötigt die Industrie leistungsfähigere Alternativen“, berichtet Univ.-Prof. Dr. rer.nat. Matthias Wuttig. Der Inhaber des Lehrstuhls für Experimentalphysik der RWTH Aachen forscht an einer viel versprechenden Nachfolgetechnologie, den so genannten Phasenwechselspeichern.

„Die Suche nach dem Datenspeicher der Zukunft ist mit der Suche nach dem Heiligen Gral vergleichbar“, reflektiert Wuttig. „Die Industrie hofft auf einen Speicher mit noch unerreichter Eigenschaftskombination. Er soll einerseits schnell arbeiten und eine extrem hohe Dichte haben. Gleichzeitig soll er nicht flüchtig sein und wenig Energie verbrauchen, damit man Daten in mobilen Geräten speichern kann.“

Bei der Entwicklung neuer Materialien für einen solchen Speicher sind die Hersteller auf die Grundlagenforschung der wissenschaftlichen Institute angewiesen. Denn die Produktion selbst der relativ langsamen Flash-Speicher wie etwa von USB-Sticks ist schon heute komplex und damit teuer. Eine Produktionsumstellung auf Phasenwechselspeicher erfordert große Investitionen, die sich schnell amortisieren müssen. Daher benötigt die Industrie ausgereifte Produkte.

Das RWTH-Team um Professor Wuttig arbeitet daher gemeinsam mit Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich mit Hochdruck an den Datenspeichern der Zukunft. Im Rahmen der Jülich Aachen Research Alliance (JARA) kooperieren im Schwerpunktbereich JARA FIT – Kurzform für JARA Fundamentals of Future Information Technology – insgesamt 18 Institute aus den Bereichen Physik, Chemie, Elektrotechnik und Maschinenbau in verschiedenen Projekten.

„Die enge Zusammenarbeit zwischen dem Forschungszentrum und der RWTH bringt viele Vorteile. So profitieren wir auch von der gut ausgestatteten Infrastruktur in Jülich“, berichtet Hochschullehrer Wuttig. Im Forschungszentrum steht beispielsweise ein Elektronenstrahl-Lithograph, mit dem man kleinste Speicherzellen aus amorphen oder kristallinen Phasenwechselmaterialien herstellen kann.

Diese unterschiedlichen Materialanordnungen machen sich Phasenwechselspeicher zu Nutze, um Daten zu speichern. „Stehen die Materialatome wie in einem Kristall in Reih' und Glied, leitet das Material den elektrischen Strom besser. Sind die Atome dagegen völlig ungeordnet, geht der Strom schwerer hindurch“, erläutert der Aachener Physiker. Diesen unterschiedlichen Widerstand nutzt die Phasenwechselspeicherzelle. Durch kleine Stromstöße wird zwischen den beiden Materialzuständen schnell hin und her geschaltet und so eine große Datenmenge gesichert. Ziel ist eine Speicherkapazität von etwa zehn Gigabyte pro Quadratzentimeter Speicher, etwa zehn- bis fünfzehnmal mehr als heute. Für Endverbraucher sind dies blendende Aussichten: „Künftig könnten Handybesitzer Filme in Hollywoodqualität drehen oder sämtliche Fußball-WM-Spiele speichern.“

von Ilse Trautwein

Weitere Informationen bei: Univ.-Prof. Dr. rer.nat. Matthias Wuttig,
I. Physikalisches Institut der RWTH,
E-Mail: wuttig@pyhsik.rwth-aachen.de
Telefon: 0241 / 80-27155