Daten speichern im Terahertz-Takt

Gebannt starren die Fans auf den Bildschirm. Ja, das könnte ein Tor für die Nationalmannschaft… Nein! Knapp verfehlt! Per UHD werden ausgewählte Spiele der Welt­meisterschaft gestochen scharf auf den heimischen Fernseher über­tragen. Meistens jedenfalls: Denn immer wieder einmal reicht die Band­breite der Übertragungs­wege für die Daten­menge nicht aus oder die Daten können nicht schnell genug verarbeitet werden, das Bild ruckelt oder die hohe Auflösung wird für kurze Zeit herunter­geschraubt – die Fans müssen sich in dieser Zeit mit dem „normal“ aufgelösten Bild begnügen.

Künftig könnten die zu geringen Band­breiten der Vergangen­heit angehören: Forscher der Akademie der Wissenschaften der Tschechischen Republik haben gemeinsam mit ihren Kollegen von der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) eine Möglichkeit entdeckt, die Daten­verarbeitungs­geschwindigkeit drastisch zu erhöhen: um das Hundert­fache, auf ein Tera­hertz.

„Sollen Daten verschickt werden – etwa die Bilder einer Fußball-Übertragung – verwendet man dafür Licht, das via Glas­faser­kabeln verschickt wird“, erläutert Jairo Sinova, Leiter der Gruppe „Inter­disciplinary Spin­tronics Research“ der JGU. „Dieses ist mit Frequenzen im Terahertz-Bereich extrem schnell. Derzeit muss diese Geschwindig­keit für die Verarbeitung im Computer oder Fernseher gedrosselt werden – denn dort werden die Daten auf elektrischem Wege verarbeitet und gespeichert, die Geschwindig­keit liegt hier bei einigen hundert Giga­hertz. Die anti­ferro­magnetischen Speicher sind nun erstmals in der Lage, direkt mit den Daten im Tera­hertz-Bereich zu arbeiten.“ Mit dieser Technologie braucht das Signal am Gerät also nicht mehr verlangsamt werden, sondern kann auch auf dem Computer oder Fernseher mit Tera­hertz-Geschwindig­keit verarbeitet werden.

Üblicherweise basieren magnetische Daten­speicher auf ferro­magnetischen Materialien. Diese weisen jedoch in zweierlei Hinsicht Grenzen auf: Zum einen lassen sich die Daten nicht beliebig dicht packen, die Kapazität der Speicher stößt an ein natürliches Limit. Denn die Daten werden in einer Art winziger Stab­magneten gespeichert. Befinden sich diese jedoch zu nah aneinander, beeinflussen sie sich gegen­seitig. Zum anderen ist die Geschwindig­keit, mit der sich diese Daten­speicher beschreiben lassen, limitiert. Schneller als im Giga­hertz­bereich geht es nicht – ansonsten wird der Energie­aufwand immens.

Anders dagegen bei den antiferro­magnetischen Speichern. Sie lassen sich deutlich dichter beschreiben – denn die „Stab­magneten“ liegen hier immer abwechselnd ausgerichtet und beeinflussen sich somit nicht gegen­seitig. Es lassen sich damit deutlich mehr Daten darauf ablegen. Zum anderen lösen sie das Problem der limitierten Schreib­geschwindigkeit.

Die ersten Forschungen unternahmen die Wissenschaftler bereits im Jahr 2014. Sie schickten einen elektrischen Strom durch die Anti­ferro­magneten und richteten die kleinen Speicher­einheiten darauf auf diese Weise aus. Dazu nutzten sie ein Kabel – also eine langsame Verbindungs­weise. „Statt des Kabels nutzen wir nun einen kurzen Laser­puls, über den wir einen elektrischen Strom induzieren. Dieser Strom richtet die ‚Stab­magneten‘, also die Spins, aus“, erklärt Sinova. Statt per Kabel arbeitet der neue Speicher also kabel­los, statt direkten elektrischen Strom anzulegen, induziert man diesen durch Licht. Auf diese Weise konnten die Forscher die Geschwindig­keit drastisch erhöhen – und die Basis dafür legen, dass künftig auch Ultra-High-Definition-Bilder ruckel­frei beim Nutzer ankommen.

JGU / DE