Stellen Sie sich vor, ein Speichermedium mit einer Dichte zu haben, von dem ein Kubikzentimeter 12.8 Millionen GB Informationen enthält.

Stellen Sie sich vor, daß ein iPod 100 Jahrtausende Musik spielt, ohne auch nur ein Lied zu wiederholen.

Oder ein USB-Stick, auf dem Platz für 32.6 Millionen DVD-Filme in voller Länge abgespeichert sind.

Stellen Sie sich jetzt vor, dass alles könnte erreicht werden, indem man ein Computer-Prinzip der sechziger Jahre, ein Glas Wasser und einen Draht mit einem Durchmesser von einem 3 milliardstel Meter kombiniert. Science Fiction? Nicht wirklich.

Ferroelektrische Materialien besitzen die spontanen und umschaltbaren Eigenschaften eines elektrischen Dipols. Bis vor kurzem war es eine elektomechanische Herausforderung, Ferroelektizität im Nano-Maßstab zu stabilisieren. Der Grund dafür war, das der herkömmliche Prozess des Sortierens der Ladungen nicht wirkungsvoll genug war.

Dr. Jonathan Spanier von der Drexel Universität und seine Forschungskollegen von der Universität von Pennsylvania haben nun einen neuen und etwas ungewöhnlichen Weg eingeschlagen, Ferroelektizität auf Materialien in Nano-Größe zu stabilisieren: Sie umhüllen das geladene Material mit Wassermolekülen.

Bis vor kurzem war es äußerst schwierig, ferroelektrische Materialien zu verkleinern. Das Problem war des Sortieren nach Ladungen. Selbst die Leitungen Dr. Spaniers, mit einem Durchmesser 100 000mal dünner als ein menschliches Haar, müssen entsprechend ihrer Dipol-Momente sortiert werden, um diese aufrecht zu erhalten. Traditionsgemäß wurde dies mit Metall-Elektroden bewerkstelligt, aber Spanier und seine Mannschaft fanden heraus, daß Moleküle wie Hydroxyl-Ionen (OH), aus denen Wasser besteht, und organische Moleküle wie Karboxyl-Ionen (COOH), sogar noch besser als Metallelektroden stabilisierend auf ferroelektrische Materialen wirken.

"Es ist erstaunlich zu sehen, daß es diese Moleküle einer Leitung, die einen Durchmesser von etwa 10 Atomen hat, ermöglichen, wie ein stabiles und schaltbares Dipol-Speicher-Element zu funktionieren", sagt Spanier, der Assistenzprofessor für Materialwissenschaft und Technik an der Drexel ist.

Würden Sie in den Handel kommen, könnten ferroelektrische Speicherelemente dieser Art Einzug in Heimcomputer halten und den Einsatz der klassischen Festplatte obsolet werden lassen. Dank der enormen Kapazität solcher Speicherlemente könnte ein ganzer Raum voller Festplatten und Servern problemlos in einer Jackentasche untergebracht werden, auch ist eine Anwendung in anderen Computerbereichen denkbar, wie etwa einem ferroelektrischen RAM.

RAM ist notwendig für Computer, da es Informationen derzeit laufender Programme speichert. Während etwa dieser Bericht geschrieben wird, speichert das RAM die Daten in einer Akte zwischen. Da RAM die Daten schneller wieder abrufen kann als eine Festplatte, wird es für laufende Anwendungen genutzt. Jedoch ist RAM löschbar, wird der Computer vom Strom getrennt, gehen die Informationen verloren.

Anders ist es bei ferroelektrischen Speichern. Diese sind permanent, daher ist es möglich, Daten im RAM dauerhaft zu speichern. Eine Anwendung der Nanoleitungen und der neuen Stabilisierungsmethoden in ferroelektrischem RAM würde einen doppelten Schlag gegen Festplatten bedeuten: in Kapazität und Geschwindigkeit.

Spanier und seine Kollegen, Alexie Kolpak und Andrew Rappe von der Universität Pennsylvania, sowie Hong-Kun Park von Harvard, sind begeistert über ihre Entdeckung, sagen aber auch, daß die wirklichen Herausforderungen noch vor ihnen liegen, indem zum einen Wege entwickelt werden müssen, die Leitungen dicht zu packen, zum anderen sie effizient zu beschreiben und wieder zu lesen. In der Zwischenzeit fahren Spanier und seine Kollegen fort, die Wirkung von Molekülen auf die Ferroelektrizität in Nanoleitungen zu untersuchen und Einrichtungen auf Nano-Ebene zu entwickeln, die die neu entdeckten Mechanismen nutzen können.

Unterstützung für die Forschungen an der Drexel Universität gibt es von dem US Army Forschungsbüro, für Harvard und Pennsylvania von der National Science Foundation, der Pickard-Foundation, der Dreyfus-Foundation, dem Office of Naval Research und dem Center for Piezoelectric Design.

Aus einer Pressemitteilung der Drexel Universität, von:

Craig Eisenberger, Drexel News Bureau

Übersetzung: Bernd Schwab