Forscher nutzer Diamanten für besseren Computerspeicher

In einem Projekt der Johns Hopkins University (Baltimore, Maryland) setzen Diamanten ein, um die Eigenschaften einer Metalllegierung in Phasenwechselspeicher zu beeinflussen. Ziel ist ein Kontrollmechanismus, der zum einen schnelleres Speichern und zum anderen wesentlich höhere Datendichte und längere Lebenszeit erlaubt.

Die Idee, Phasenwechselspeicher zum Datenspeichern ist nicht neu. Das Grundprinzip kann jeder in den Thermopads mi Knickplättchen sehen, die Mischung hat einen flüssigen und festen Zustand und gibt beim Kristallisieren Wärme ab. Der Prozess wird ausgiebig in einem aktuellen Online-Artikel der Nationalen Akademie der Wissenschaft in der US erklärt. Der Doktorand Ming Xu beschreibt dort, dass Phasenwechselspeicher stabiler und bis zu 100-mal schneller als Flash-Speicher, bis zu 100.000-mal wiederbeschreibbar sind und schätzungsweise in fünf Jahren in Computern eingesetzt werden.

Für eine günstige Metalllegierung werden die Elemente Germanium (Ge) Antimon (Sb) und Tellur (Te) als GST-Phasenwechselspeicher seit zwei Jahrzehnten in wiederbeschreibbaren optischen Medien inklusive CD-RW und DVD-RW eingesetzt. Die beiden stabilen Phasen der Legierung sind amorph und kristallin. Sie unterscheiden sich durch ihre elektrische Widerstände und Reflexionsvermögen und stellen im Speichereinsatz Nullen und Einsen dar. Hersteller wie IBM haben diese Technology bereits zu Flash-Speicher weiterentwickelt und versprechen bis zu fünf Millionen Schreibzyklen. NAND-Flash-Elemente hingegen können derzeit "nur" 100.000 Schreibzyklen garantieren.

Durch den Einsatz von Diamant-Werkzeugen gelang es den Forschern nun, kontrollierten Druck auf die Legierung einzusetzen und den normalerweise Nanosekunden-schnellen Übergang zwischen den beiden stabilen Phasen zu verlangsamen. Durch Beugung von Röntgenstrahlung kann der Vorgang jetzt auf Atomebene dokumentiert werden und zeigt, dass jede Übergangsphase einen eigenen spezifischen Widerstand besitzt. Ziel ist für die Forscher der Johns Hopkins Universität nun, die Übergangsphasen auch für Datenspeicherung zu nutzen. En Ma, ein weiterer Autor des Online-Artikels, beschreibt, dass der Phasenübergang plötzlich nicht mehr nur Schwarz und Weiß darstellt, sondern eine Vielzahl von Graustufen dazwischen, die über Einstellung von Widerständen kontrollierbar sind und viel mehr Daten speichern können.