1) www.research.ibm.com/resources/news/20010518_pixie_dust.shtml

2) www.isit.fhg.de/german/mst/spiegel.html

3) http://moebius.physik.TU-Berlin.DE/lasergrp/

Neue Technik für Festplatten

Festplatten von heute speichernDaten in einer einzigen dünnen fer-romagnetischen Schicht – meist ei-ne komplexe Legierung bestehendaus Kobalt, Platin, Chrom und Bor.Beim Speichern wird ein Schreib-kopf über die Oberfläche geführt,der aus einem geschlitzten weich-magnetischen Ringkern aufgebautist, um den eine Spule gewickelt ist.Das Magnetfeld im Ringkern, dasam Spalt als Streufeld austritt, ma-gnetisiert die Schicht in diesem Be-reich in eine bestimmte Richtung.Beim Auslesen induzieren die ma-gnetisierten Bereiche der Schichteine Spannung in der Spule einesanalog aufgebauten Lesekopfes.Das Vorzeichen der Spannung ent-hält jetzt die Information. Will mandie Speicherdichte erhöhen, mussman – so scheint es – also nur dielaterale Ausdehnung der magneti-sierten Bereiche verkleinern.

Damit sich jedoch kleinere Be-reiche auch zuverlässig auslesenlassen, ist eine geringere Schicht-dicke notwendig. Das hängt mit dermagnetischen Dicke des Materialszusammen – dem Produkt aus demremanenten magnetischen Momentund der physikalischen Dicke.Höhere Speicherdichten führen al-so bei magnetischen Einfachschich-ten zu drastisch reduzierten Spei-chervolumen und damit wird der

superparamagnetische Effekt zumProblem: Je kleiner die Volumenbe-reiche zum Speichern werden, des-to niedriger ist die charakteristischeTemperatur, oberhalb der sich keineWeissschen Bezirke mehr ausbil-den. Wissenschaftler bei IBM konn-ten vor kurzem diese Restriktionenumgehen und die theoretisch mög-liche Speicherdichte verbessern.1)

Sie verwenden zwei magnetisierba-re Schichten, mit einer etwa dreiAtomlagen dünnen Schicht aus Ru-thenium dazwischen (s. Abb.). Die-se unmagnetische Zwischenschicht

führt zu einer antiferromagneti-schen Kopplung (AFC) der beidenmagnetischen Schichten, sodass dieBereiche zur Speicherung eines Bitswesentlich kleiner werden können.Die oberste Schicht darf dabeidicker sein als eine Einzelschicht,da die effektive magnetische Dickebei AFC-Materialien bei gleicherDatendichte kleiner ist als bei bis-herigen Festplatten. Diese dickereSchicht und die damit verbundenenrelativ großen Bereiche verhindernden superparamagnetischen Effektauch bei höheren Speicherdichten.Die ersten seit Juni auf dem Markterhältlichen AFC-Harddisks habenzwar „nur“ eine Speicherdichte von25,7 Gbit/inch2, doch in nicht mehrals zwei Jahren will IBM Festplat-ten mit einer Speicherdichte von100 Gbit/inch2 anbieten. 400Gbyte-Festplatten könnten dannzum PC-Standard werden.

Glänzende Schalter

Ob früher von Hand, dann per Re-lais oder heute durch moderneElektronik – seit jeher ist die Ver-mittlungstechnik ein Engpass in derDatenübertragung. Schaltgeschwin-digkeiten von einigen Dutzend Gi-gabit pro Sekunde sind zwar inzwi-schen recht ordentlich, doch mitder Datenrate in modernen Glasfa-sernetzen können sie nicht mithal-ten – diese ist um den Faktor hun-dert größer. Bei der bislang übli-chen elektronischen Verschaltungmüssen optische Signale zuerst inelektrische umgewandelt werden,um nach dem Knotenpunkt wiederin ein Lichtsignal zurückgewandeltzu werden. Bei bis zu 160 Wellen-längen, die parallel übertragen wer-den, ist das nicht nur aufwändig,sondern kostet auch Zeit; die elek-tronische Datenübertragungstech-nik ist heute an einer Grenze ange-langt ist. Opto-mechanische Schalt-Techniken sollen bald durch denVerzicht auf eine Signalumwand-lung das Internet schneller machen.Daran arbeiten nicht nur amerika-nische und japanische Forscher,sondern z. B. auch das Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie inItzehoe (ISIT).2)

Die Fraunhofer-Forscher fertigenpolierte Siliziumspiegel mit einerKantenlänge von unter 1 mm. Mitsolchen Spiegeln, die flächig ange-ordnet als sog. optische Cross-Connects eingesetzt werden sollen,lassen sich Lichtsignale direkt voneiner Glasfaser in die nächste re-

flektieren. Damit dies funktioniert,kommt es vor allem auf eine präziseFertigung der 50 mm dicken Spie-gelchen an, die kardanisch an viernur 8 mm breiten Torsionsfedernaus Nickel aufgehängt sind. DieWissenschaftler verwenden Silizi-um-Wafer als Basismaterial, auf diesie lithografische Strukturen belich-ten und anschließend ätzen. Ob-wohl sie Torsionsfedern aus Silizi-um viel einfacher fertigen könnten,setzen sie auf Nickel. Nickel ist we-niger spröde und deutlich belastba-rer. Mit einer von außen angelegtenSpannung lässt sich ein solcher Mi-ni-Spiegel verkippen – schnell undexakt um zwei Achsen. Die Kipp-

winkel betragen bis zu ±10°, dochauch größere Kippwinkel sind zurealisieren. Am ISIT gibt es zurzeiteinen funktionierenden Prototypen.Und in den nächsten Jahren willdas Institut zusammen mit einemIndustriepartner einen optischenNetzknoten entwickeln, der vielehundert Glasfasern miteinanderverschalten kann. Die Internet-Userwerden also noch etwas wartenmüssen – aber darin sind sie jageübt.

Ein Wechselspeicher für morgen?Fällt das Wort „Holographie“, den-ken viele zuerst an dreidimensiona-le Abbildungen – z. B. an Beetho-ven auf der EC-Karte. Ganz andersgeht es den Mitgliedern der Laser-gruppe an der TU Berlin.3) Sie den-ken bei Holographie an ein neuesSpeicherverfahren, um mithilfe mi-kroskopisch kleiner ReflexionsgitterInformationen nicht nur in einerEbene einer CD speichern zu kön-nen, sondern in deren gesamtemVolumen. Sie erzeugen diese klei-nen optischen Gitter, indem sie ei-

Physikalische Blätter57 (2001) Nr. 7/818

High-Tech

Die neuen AFC-Festplatten spei-chern Bits inantiferromagne-tisch gekoppeltenMaterialien (AFC).Diese lassen sichin größerenSchichtdicken aus-lesen als üblicheFestplatten, dienur eine einzigemagnetischeSchicht besitzen.Dadurch bleibendie Volumen dermagnetisch ausge-richteten Bereichebei AFC-Festplat-ten selbst beienorm hohen Spei-cherdichte von 100Gbit/inch2 so groß,dass thermischeInstabilitätenkeine Rolle spie-len. (Quelle: IBM)

Winzige Siliziumspiegel können Datenvon einer Glasfaser in die nächste len-ken. Einmal gekippt, tun sie dies wesent-lich schneller und mit weniger Aufwandals elektronische Netzknoten, bei denendie optischen Daten erst in elektronischeumgewandelt werden müssen. (Foto:ISIT)