Zukünftige Geräte könnten dank neuer Molekulartechnik deutlich mehr Daten auf wesentlich kleinerem Raum speichern

Ein Team von Forschern am Institute of Science Tokyo hat ein neues Material entwickelt, das sogenannte molekulare Rotoren zur Datenspeicherung nutzt – ein Durchbruch in der Mikroelektronik. Diese Leistung, veröffentlicht im Journal of the American Chemical Society, könnte die Grundlage für eine neue Generation nichtflüchtiger Speicher (wie ROMs) schaffen, die Daten mit deutlich höherer Dichte speichern können, als es heutige Halbleitertechnologien ermöglichen.

Die Plattform basiert auf winzigen Molekülen, den sogenannten „molekularen Rotoren“, die in verschiedene Richtungen gedreht werden können, um Bits von Daten darzustellen. Wissenschaftler haben lange versucht, etwas Vergleichbares zu entwickeln, standen dabei jedoch vor der Herausforderung, vier entscheidende Anforderungen gleichzeitig zu erfüllen:

• Die Rotoren müssen mit einem elektrischen Feld steuerbar sein.
• Sie müssen ihre Position bei Raumtemperatur langfristig halten können, um eine dauerhafte Datenspeicherung zu ermöglichen.
• Sie benötigen genügend Freiraum, um sich physisch drehen zu können, ohne steckenzubleiben.
• Sie müssen Temperaturen von bis zu 150 °C standhalten.

Das Forschungsteam unter der Leitung von Professor Yoichi Murakami löste dieses Problem, indem es ein kovalentes organisches Gerüst (Covalent Organic Framework, COF) mit einer ultrageringen Dichte in der Kristallstruktur entwarf. Diese einzigartige Struktur, die bislang noch nie in COFs dokumentiert wurde, schafft den notwendigen Raum, damit die molekularen Rotoren sich bei Anlegen eines elektrischen Feldes frei bewegen können, während sie zugleich bei Umgebungstemperatur stabil bleiben.

Dies ist ein Durchbruch, weil unsere COFs zu den seltenen Festkörpern gehören, in denen sich dipolare Rotoren bei Temperaturen über 200 °C oder unter ausreichend starken elektrischen Feldern drehen können – ihre Ausrichtung jedoch bei Raumtemperatur über lange Zeiträume stabil bleibt.
 - Professor Yoichi Murakami.

Darüber hinaus berichten die Forscher, dass das Material eine thermische Beständigkeit von nahezu 400 °C aufweist. Zwar wird es voraussichtlich noch viele Jahre dauern, bis diese Technologie in Endgeräten Anwendung findet, doch der Weg ist nun geebnet. Eines Tages könnten wir digitale Speichermedien haben, die eine wesentlich höhere Dichte bieten als heutige Systeme – und damit mehr Daten auf weniger Raum ermöglichen.