Jens Wiebe steht vor einer übermannsgroßen Tonne aus Edelstahl. Sie ist verbunden mit einem Ensemble aus Röhren und Bullaugen, das aussieht wie eine Raumstation in klein. Im Inneren der Tonne herrschen Bedingungen wie im Weltraum: ein fast perfektes Vakuum und eine Temperatur von minus 272 Grad Celsius. Dann greift Physiker Wiebe zu einer Fernbedienung, und ein durchdringender Warnton pfeift durchs Labor. Wiebe:
"Wir müssen die Spitze erst mal in die Nähe der Oberfläche bringen, in den Abstand von einem Atom. Dafür müssen wir die Spitze mit einem kleinen Motor vorfahren. Und wir hören das elektrische Signal dieses Motors."
In der Tonne steckt ein Spezialmikroskop, ein Rastertunnelmikroskop. Es besteht aus einer extrem feinen Nadelspitze, die Millionstel Millimeter über der Materialprobe schwebt. Zwischen Spitze und Probe fließt ein Strom, Tunnelstrom genannt. Er ist so eingestellt, dass die Spitze immer im selben Abstand über der Probe schwebt – ähnlich wie ein Flugzeug mit automatischer Höhenkontrolle stets in gleicher Höhe fliegt. Die Spitze fährt Zeile für Zeile über die Probe und zeichnet auf einem Monitor ein Bild, auf dem feinste Details zu erkennen sind – einzelne Atome. Die Hamburger haben das Tunnelmikroskop nun modifiziert: Sie haben die Nadelspitze mit einer dünnen Chromschicht überzogen. Und da Chrom magnetisch ist, kann die Spitze ertasten, ob etwas Magnetisches unter ihr liegt – und zwar mit extremer Empfindlichkeit, sagt Jens Wiebe.
"Wir haben das erstmals gezeigt, dass man in der Lage ist, mit dieser Methode die Magnetisierung von einem einzelnen magnetischen Atom auf einer nicht magnetischen Unterlage zu sehen. Das heißt, wir sind jetzt in der Lage, ein Bit, das aus einem einzelnen Atom besteht, auszulesen. Wenn ich ein Atom überfahre, was nach oben magnetisiert ist, dann sehe ich das hell. Und wenn ich ein Atom überstreiche, was nach unten magnetisiert ist, sehe ich das dunkel. Das war der große Schritt."
Auf den heutigen Festplatten braucht es, um ein einzelnes Bit abzuspeichern, eine Fläche von circa 50 Nanometern Durchmesser. Wiebe und seinen Leuten gelingt dasselbe im Prinzip auf einer Fläche von nur etwa einem Nanometer. Das bedeutet:
"Im Prinzip sollten Speicherdichten im Bereich von 500 Terabit pro Quadratzoll möglich sein. Das ist etwa 5000 Mal so viel wie es derzeit möglich ist."
Doch bevor es soweit ist, gilt es noch einige Hürden zu meistern. Das Hauptproblem: Bislang löschen sich die atomaren Bits von selbst. Wiebe:
"Wir haben noch sehr große Schwierigkeiten, weil diese atomaren Bits nicht stabil sind. Und die große Herausforderung ist, dass man verschiedene Materialkombinationen untersucht, um eine Kombination zu finden, bei der diese atomaren Bits magnetisch stabil sind."
Hinzu kommt, dass das Rastertunnelmikroskop in der Tonne viel zu langsam ist für ein halbwegs effektives Ein- und Auslesen der Daten. Wiebe:
"Es gibt aber Ideen, dass man mit einem Rastertunnelmikroskop wesentlich schneller scannen könnte. Und es gibt auch die Idee, dass man sehr viele Spitzen einsetzt, um für jedes Bit die Information mit einer separaten Spitze auszulesen. Und außerdem könnte man solche Spitzen auch in herkömmliche Festplattentechnologien einbauen."
Dennoch: Der Weg ist noch weit bis zu einer atomaren Festplatte. Und so wird Jens Wiebe sein Spezialmikroskop noch oft anwerfen müssen, um auf weitere Durchbrüche zu hoffen.
"Wir müssen die Spitze erst mal in die Nähe der Oberfläche bringen, in den Abstand von einem Atom. Dafür müssen wir die Spitze mit einem kleinen Motor vorfahren. Und wir hören das elektrische Signal dieses Motors."
In der Tonne steckt ein Spezialmikroskop, ein Rastertunnelmikroskop. Es besteht aus einer extrem feinen Nadelspitze, die Millionstel Millimeter über der Materialprobe schwebt. Zwischen Spitze und Probe fließt ein Strom, Tunnelstrom genannt. Er ist so eingestellt, dass die Spitze immer im selben Abstand über der Probe schwebt – ähnlich wie ein Flugzeug mit automatischer Höhenkontrolle stets in gleicher Höhe fliegt. Die Spitze fährt Zeile für Zeile über die Probe und zeichnet auf einem Monitor ein Bild, auf dem feinste Details zu erkennen sind – einzelne Atome. Die Hamburger haben das Tunnelmikroskop nun modifiziert: Sie haben die Nadelspitze mit einer dünnen Chromschicht überzogen. Und da Chrom magnetisch ist, kann die Spitze ertasten, ob etwas Magnetisches unter ihr liegt – und zwar mit extremer Empfindlichkeit, sagt Jens Wiebe.
"Wir haben das erstmals gezeigt, dass man in der Lage ist, mit dieser Methode die Magnetisierung von einem einzelnen magnetischen Atom auf einer nicht magnetischen Unterlage zu sehen. Das heißt, wir sind jetzt in der Lage, ein Bit, das aus einem einzelnen Atom besteht, auszulesen. Wenn ich ein Atom überfahre, was nach oben magnetisiert ist, dann sehe ich das hell. Und wenn ich ein Atom überstreiche, was nach unten magnetisiert ist, sehe ich das dunkel. Das war der große Schritt."
Auf den heutigen Festplatten braucht es, um ein einzelnes Bit abzuspeichern, eine Fläche von circa 50 Nanometern Durchmesser. Wiebe und seinen Leuten gelingt dasselbe im Prinzip auf einer Fläche von nur etwa einem Nanometer. Das bedeutet:
"Im Prinzip sollten Speicherdichten im Bereich von 500 Terabit pro Quadratzoll möglich sein. Das ist etwa 5000 Mal so viel wie es derzeit möglich ist."
Doch bevor es soweit ist, gilt es noch einige Hürden zu meistern. Das Hauptproblem: Bislang löschen sich die atomaren Bits von selbst. Wiebe:
"Wir haben noch sehr große Schwierigkeiten, weil diese atomaren Bits nicht stabil sind. Und die große Herausforderung ist, dass man verschiedene Materialkombinationen untersucht, um eine Kombination zu finden, bei der diese atomaren Bits magnetisch stabil sind."
Hinzu kommt, dass das Rastertunnelmikroskop in der Tonne viel zu langsam ist für ein halbwegs effektives Ein- und Auslesen der Daten. Wiebe:
"Es gibt aber Ideen, dass man mit einem Rastertunnelmikroskop wesentlich schneller scannen könnte. Und es gibt auch die Idee, dass man sehr viele Spitzen einsetzt, um für jedes Bit die Information mit einer separaten Spitze auszulesen. Und außerdem könnte man solche Spitzen auch in herkömmliche Festplattentechnologien einbauen."
Dennoch: Der Weg ist noch weit bis zu einer atomaren Festplatte. Und so wird Jens Wiebe sein Spezialmikroskop noch oft anwerfen müssen, um auf weitere Durchbrüche zu hoffen.