Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Labortechnik> Physikalische Messtechnik>

Optischer Chip-Speicher: Daten dauerhaft mit Licht speichern

Terahertz-KalorimetrieWie sich Wasser in der Umgebung von gelösten Molekülen verhält

Hat Idee des Terahertz-Kalorimeters realisiert: Martina Havenith

Chemikerinnen und Chemiker der Ruhr-Universität Bochum haben eine neue Methode entwickelt, mit der sie Veränderungen in der Energie und Struktur von Wassermolekülen in der Umgebung gelöster Moleküle erfassen können. 

…mehr

Daten dauerhaft mit Licht speichernWeltweit erster nichtflüchtiger volloptischer Chip-Speicher

Den ersten dauerhaften volloptischen Speicher, der sich auf einem Chip integrieren lässt, haben Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowie der Universitäten Münster, Oxford und Exeter entwickelt.

sep
sep
sep
sep
Volloptischer Datenspeicher

Damit ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zum optischen Computer gelungen. Phasenübergangsmaterialien, die ihre optischen Eigenschaften je nach Anordnung der Atome ändern, ermöglichen es, mehrere Bits in einer einzigen Zelle zu speichern. Ihre Entwicklung stellen die Forscher in der Zeitschrift Nature Photonics vor.

Licht bestimmt die Zukunft der Informations- und Kommunikationstechnologie: Computer könnten mit optischen Elementen schneller und energieeffizienter arbeiten. Längst ist es üblich, Daten mit Licht über Glasfaserkabel zu übertragen. Doch auf dem Computer werden die Daten nach wie vor elektronisch verarbeitet und gespeichert. Der elektronische Austausch von Daten zwischen den Prozessoren und dem Speicher begrenzt die Geschwindigkeit moderner Rechner.

Anzeige

Diesen Engpass bezeichnen Experten als Von-Neumann-Flaschenhals. Um ihn zu überwinden, genügt es nicht, Speicher und Prozessor optisch zu verbinden, da die optischen Signale wieder in elektrische konvertiert werden müssen. Wissenschaftler suchen daher nach Wegen, sowohl Rechnungen als auch die Datenspeicherung rein optisch durchzuführen.

Forscher des KIT, der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, der Universität Oxford und der Universität Exeter haben nun den ersten nicht volatilen, das heißt dauerhaften optischen On-Chip-Speicher entwickelt. „Optische Bits lassen sich mit Frequenzen bis zu einem Gigahertz schreiben; damit erlaubt unser vollphotonischer Speicher eine extrem schnelle Datensicherung“, erklärt Prof. Wolfram Pernice, der eine Arbeitsgruppe am Institut für Nanotechnologie (INT) des KIT leitete und inzwischen an der Universität Münster tätig ist. „Der Speicher ist sowohl mit der üblichen optischen Datenübertragung über Glasfaser als auch mit modernsten Prozessoren kompatibel“, ergänzt Prof. Harish Bhaskaran von der Universität Oxford.

Der neue Speicher kann Daten auch ohne Stromzufuhr jahrzehntelang bewahren. Besonders attraktiv ist überdies seine Fähigkeit, mehrere Bits in einer einzigen, nur einige Milliardstel Meter großen Zelle zu halten (Multi-Level Memory – Mehrebenenspeicher). Anstelle der üblichen Informationswerte 0 und 1 lassen sich mehrere Zustände in einem Element sichern oder sogar eigenständige Berechnungen ausführen.

Möglich machen es sogenannte Phasenübergangsmaterialien – neuartige Materialien, die ihre optischen Eigenschaften abhängig von der Anordnung der Atome ändern: Sie können in kürzester Zeit zwischen dem kristallinen (regelmäßigen) und dem amorphen (unregelmäßigen) Zustand wechseln. Für ihren Speicher verwendeten die Wissenschaftler das Phasenübergangsmaterial Ge2Sb2Te5 (GST). Mit ultrakurzen Lichtpulsen lässt sich der Wechsel von kristallin zu amorph (Daten speichern) bzw. von amorph zu kristallin (Daten löschen) auslösen. Lesen lassen sich die Daten mit schwachen Lichtpulsen.

Dauerhafte volloptische Speicher auf Chips könnten die Leistung von Computern künftig erheblich steigern und deren Energieverbrauch senken. Zusammen mit volloptischen Verbindungen könnten sie Latenzen reduzieren und die energieintensive Umwandlung optischer Signale in elektronische – und umgekehrt – überflüssig machen.

Publikation:
Carlos Ríos, Matthias Stegmaier, Peiman Hosseini, Di Wang, Torsten Scherer, C. David Wright, Harish Bhaskaran, Wolfram H.P. Pernice: On-chip integratable all-photonic nonvolatile multi-level memory. Nature Photonics. DOI: 10.1038/nphoton.2015.182

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Skyrmionengitter

Neue Materialkombination für die SpintronikDatentransport mit Skyrmionengitter und organischen Molekülen

Hamburger und Jülicher Wissenschaftler sind bei der Suche nach neuen Lösungen für schnellere und energieeffizientere Prozessoren und Datenspeicher einen Schritt weitergekommen. Indem sie organische Moleküle auf einer magnetischen Wirbelstruktur, einem sogenannten Skyrmionengitter aufbrachten.

…mehr
Pulsed Laser Depositionsanlage

QuantenmechanikTunnelnde Elektronen als Datenspeicher der Zukunft?

Forscher haben unter Federführung der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) einen neuen Weg entdeckt, extrem schnelle und energieeffiziente Datenspeicher zu entwickeln. Dazu nutzten sie sogenannte quantenmechanische Tunnelkontakte.

…mehr
Modell der Nanomaschine

Nanomotoren für die Medizintechnik?Nanomaschine absolviert erfolgreich Probefahrt

Wissenschaftler von der Universität Bonn und vom Forschungszentrum caesar in Bonn haben mit Kollegen aus den USA aus Nanostrukturen eine winzige Maschine konstruiert, die sich auf einem Rad gezielt in eine bestimmte Richtung bewegen kann.

…mehr
Prof. Dr. Katharina Landfester (links), Direktorin am MPI-P, und Dr. Britta Unruhe-Knauf

Fachübergreifende ZusammenarbeitGemeinsam zum Erfolg in der Nanomedizin

Die Technologieinitiative RLP und das ZIM-Netzwerk haben Forscher, Mediziner und Unternehmer beim „NanoPharm“-Treffen in Mainz zusammengebracht. Das Ziel: Interdisziplinäres Verständnis und das Schmieden erfolgversprechender Projekte in der Nanomedizin.

…mehr
Reorganisation des Rezeptors nach Bindung eines Insulin-Moleküls

Nanodisc-TechnologieAufgeklärt: So funktioniert der Insulinrezeptor

Knapp 100 Jahre nach der Entdeckung des Insulins konnte ein deutsch-amerikanisches Forscherteam zeigen, wie genau das Hormon seinen Rezeptor aktiviert.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung