Physiker haben Möglichkeit gefunden, Information in Atomen länger haltbar zu machen

Die Ergebnisse, die kürzlich online in dem angesehenen Wissenschaftsjournal Nature Physics publiziert wurden, eröffnen neue Wege hin zur Verwirklichung von Elektronik aus einzelnen Atomen. Das kann für die Entwicklung neuartiger Hochleistungscomputer von Bedeutung sein.

In den Forschungs- und Entwicklungsabteilungen der Technologieunternehmen wird mit hohem Einsatz an der Verkleinerung von Prozessoren und Datenspeichern gearbeitet, um immer leistungsfähigere Computer herstellen zu können. Als ultimatives Limit erscheinen Bauteile, die aus einem einzelnen Atom bestehen.

Ein Atom trägt dabei die Information kodiert als physikalischer Zustand. Einfach gesprochen, sind diese Zustände die spezifische Ausrichtung kleinstmöglicher Magnetnadeln, sogenannter Spins. Eine der größten Herausforderungen ist dabei die Stabilisierung der Zustände, das heißt die Fixierung der Magnetnadeln. Um die Information in den Zustand schreiben und später aus ihm auslesen zu können, müssen die Atome an Leitungen angeschlossen werden. Diese stören normalerweise die Ausrichtung der Magnetnadeln.

Das deutsch-spanische Physiker-Team – Benjamin Heinrich, Lukas Braun, Nacho Pascual und Katharina Franke – verwendete anstelle gewöhnlicher metallischer Leitungen ein supraleitendes Material. Supraleiter sind perfekte Leiter, in denen der Strom nicht durch einzelne Teilchen transportiert wird, sogenannte Elektronen, sondern durch Paare dieser Teilchen, die Cooper-Paare.

Während die einzelnen Teilchen die Magnetnadeln auslenken können, geschieht dies bei Paaren der Teilchen nicht, da sie zu stark aneinander gebunden sind. Sie sind für die Magnetnadeln sozusagen blind. Die Magnetnadeln bleiben daher 10.000-mal länger in ihrer spezifischen Ausrichtung als bei der Verwendung von metallischen Leitungen. Die Ergebnisse der Forscher können neue Wege für die Verwirklichung leistungsstarker Computertechnik eröffnen, basierend auf einzelnen Atomen.

Weitere Informationen
Prof. Dr. Katharina Franke und Dr. Benjamin Heinrich, Arbeitsgruppe Experimentelle Nanophysik am Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin, Telefon: 838-52805, E-Mail: kjfranke@zedat.fu-berlin.de, bheinrich@zedat.fu-berlin.de