Professor Theo Rasing von der Universität Nimwegen macht gerade Urlaub in Kalifornien, wo er als junger Mann einst geforscht hat. Das Wetter in Berkeley sei gut, erklärt er am Telefon - wenn da nur nicht die ganzen Anrufe neugieriger Journalisten und Fachkollegen wären. Die interessieren sich allesamt für seinen Artikel, der in den nächsten Wochen im Fachmagazin "Physical Review Letters" erscheinen wird. Ein Artikel, in dem Theo Rasing und seine Kollegen erklären, wie man allein mit Laserlicht Informationen auf eine Festplatte schreiben kann.
"”Obwohl das schon viele vor uns versucht haben, war es bislang keinem gelungen. Manche haben, nachdem sie gescheitert waren, sogar bereits Theorien aufgestellt, weshalb es prinzipiell unmöglich ist. Wir haben jetzt erstmals demonstriert, dass es doch geht und wie man es machen muss.""
Konventionelle Computer-Festplatten bestehen aus schnell rotierenden Stapeln dünner magnetischer Scheiben. Um digitale Daten darauf zu speichern, werden winzige Elektromagnete so angesteuert, dass ihr Magnetfeld die Magnetisierung des Speichermediums lokal verändert. Ein Strompuls genügt, um ein magnetisches Bit von 0 auf 1 umzuschalten und umgekehrt. Klingt simpel und ist bewährte Technologie, hat aber einen Haken. Die winzigen Magnetnadeln des Speichermediums mit Hilfe eines anderen Magnetfeldes umzuschalten, braucht seine Zeit. Und die liegt heute typischerweise im Bereich von Nanosekunden, also dem milliardsten Teil einer Sekunde, erklärt Theo Rasing.
"”Mit Lichtpulsen können wir den Schreibvorgang dramatisch beschleunigen. Wir benutzen infrarote Laserpulse, die 40 Femtosekunden dauern, um ein magnetisches Bit umzuschalten.""
40 Femtosekunden, das sind 40 Millionstel einer Milliardstel Sekunde – der lichtgesteuerte Speicherprozess ist damit rund eine Million mal schneller, als bei elektromagnetischen Schreib-Lese-Köpfen. Rasing:
"”Das ist natürlich ein riesiger Fortschritt. Aber noch ist das Grundlagenforschung. Wir verwenden relativ große magnetische Bits mit einer Ausdehnung von 5 Mikrometern. Außerdem benötigen wir zum Beschreiben einen sperrigen Laser. Trotzdem: Wir haben erstmals gezeigt, dass es im Prinzip möglich ist, eine magnetische Festplatte ganz allein mit Licht zu beschreiben.""
Als Speichermedium benutzen die holländischen Forscher einen dünnen Film einer gängigen magnetischen Legierung aus Gallium, Eisen und Kobalt. Mit speziell polarisierten Laserpulsen gelang es den Physiker, die winzigen Magnetnadeln in dem Speicherfilm auf Knopfdruck kontrolliert umzuklappen – von oben nach unten und wieder zurück. Ein Vorgang, der dem Schreiben eines magnetischen Bits entspricht - nur eben im Rekordtempo. Welcher physikalische Effekt das möglich macht, ist noch nicht so ganz klar. Vermutlich spielen Streuprozesse eine wichtige Rolle dabei. Das magnetische Feld der Lichtwelle allein jedenfalls, kann die Magnetnadeln nicht umdrehen. Dazu müsste der Laserpuls nämlich so intensiv sein, dass er im Nu ein Loch ins Speichermedium brennen würde. Was auch immer im Detail dahinter steckt: Namhafte Firmen sind bereits hellhörig geworden. Rasing:
"”Wir stehen bereits in intensivem Kontakt mit dem Festplattenhersteller Seagate. Die wollen unbedingt mit uns zusammen arbeiten. Einer meiner Mitarbeiter, der Hauptautor der aktuellen Publikation, verbringt gerade einen Monat in deren Labors. Seagate will ein umfassendes Forschungs- und Entwicklungsprojekt starten. Die sind überzeugt, dass unsere Arbeit eine der gegenwärtig aufregendsten und bedeutendsten Entdeckungen im Magnetismus darstellt.""
Fünf bis zehn Jahre werden aber sicher noch ins Land gehen, bis die Vision vom optischen Magnetspeicher Wirklichkeit wird. Denn dazu müsste der gesamte Versuchsaufbau stark verkleinert werden. Um vergleichbare Speicherdichten wie heutige Festplatten zu erzielen, müssten die Forscher hundertmal kleinere Bereiche in der magnetischen Legierung gezielt anzusteuern können als bei ihren heutigen Experimenten. Eine große Herausforderung, räumt Theo Rasing ein, aber kein prinzipielles Problem.
"”Obwohl das schon viele vor uns versucht haben, war es bislang keinem gelungen. Manche haben, nachdem sie gescheitert waren, sogar bereits Theorien aufgestellt, weshalb es prinzipiell unmöglich ist. Wir haben jetzt erstmals demonstriert, dass es doch geht und wie man es machen muss.""
Konventionelle Computer-Festplatten bestehen aus schnell rotierenden Stapeln dünner magnetischer Scheiben. Um digitale Daten darauf zu speichern, werden winzige Elektromagnete so angesteuert, dass ihr Magnetfeld die Magnetisierung des Speichermediums lokal verändert. Ein Strompuls genügt, um ein magnetisches Bit von 0 auf 1 umzuschalten und umgekehrt. Klingt simpel und ist bewährte Technologie, hat aber einen Haken. Die winzigen Magnetnadeln des Speichermediums mit Hilfe eines anderen Magnetfeldes umzuschalten, braucht seine Zeit. Und die liegt heute typischerweise im Bereich von Nanosekunden, also dem milliardsten Teil einer Sekunde, erklärt Theo Rasing.
"”Mit Lichtpulsen können wir den Schreibvorgang dramatisch beschleunigen. Wir benutzen infrarote Laserpulse, die 40 Femtosekunden dauern, um ein magnetisches Bit umzuschalten.""
40 Femtosekunden, das sind 40 Millionstel einer Milliardstel Sekunde – der lichtgesteuerte Speicherprozess ist damit rund eine Million mal schneller, als bei elektromagnetischen Schreib-Lese-Köpfen. Rasing:
"”Das ist natürlich ein riesiger Fortschritt. Aber noch ist das Grundlagenforschung. Wir verwenden relativ große magnetische Bits mit einer Ausdehnung von 5 Mikrometern. Außerdem benötigen wir zum Beschreiben einen sperrigen Laser. Trotzdem: Wir haben erstmals gezeigt, dass es im Prinzip möglich ist, eine magnetische Festplatte ganz allein mit Licht zu beschreiben.""
Als Speichermedium benutzen die holländischen Forscher einen dünnen Film einer gängigen magnetischen Legierung aus Gallium, Eisen und Kobalt. Mit speziell polarisierten Laserpulsen gelang es den Physiker, die winzigen Magnetnadeln in dem Speicherfilm auf Knopfdruck kontrolliert umzuklappen – von oben nach unten und wieder zurück. Ein Vorgang, der dem Schreiben eines magnetischen Bits entspricht - nur eben im Rekordtempo. Welcher physikalische Effekt das möglich macht, ist noch nicht so ganz klar. Vermutlich spielen Streuprozesse eine wichtige Rolle dabei. Das magnetische Feld der Lichtwelle allein jedenfalls, kann die Magnetnadeln nicht umdrehen. Dazu müsste der Laserpuls nämlich so intensiv sein, dass er im Nu ein Loch ins Speichermedium brennen würde. Was auch immer im Detail dahinter steckt: Namhafte Firmen sind bereits hellhörig geworden. Rasing:
"”Wir stehen bereits in intensivem Kontakt mit dem Festplattenhersteller Seagate. Die wollen unbedingt mit uns zusammen arbeiten. Einer meiner Mitarbeiter, der Hauptautor der aktuellen Publikation, verbringt gerade einen Monat in deren Labors. Seagate will ein umfassendes Forschungs- und Entwicklungsprojekt starten. Die sind überzeugt, dass unsere Arbeit eine der gegenwärtig aufregendsten und bedeutendsten Entdeckungen im Magnetismus darstellt.""
Fünf bis zehn Jahre werden aber sicher noch ins Land gehen, bis die Vision vom optischen Magnetspeicher Wirklichkeit wird. Denn dazu müsste der gesamte Versuchsaufbau stark verkleinert werden. Um vergleichbare Speicherdichten wie heutige Festplatten zu erzielen, müssten die Forscher hundertmal kleinere Bereiche in der magnetischen Legierung gezielt anzusteuern können als bei ihren heutigen Experimenten. Eine große Herausforderung, räumt Theo Rasing ein, aber kein prinzipielles Problem.