Flash mit Licht: Optische Festspeicher-Chips sind endlich gefunden

Funktions-Schema des Chips
Die Grundidee ist eigentlich nichts bahnbrechend Neues - immerhin sind optische Speichermedien schon lange bekannt. Die bei ihnen eingesetzten Techniken sind allerdings völlig unbrauchbar, wenn es darum geht, beispielsweise Flash-Chips durch optische Technologien zu ersetzen. Auf der grundlegenden Methode ist es einem Team aus Wissenschaftlern verschiedener europäischer Universitäten nun aber gelungen, einen Lösungsansatz zu finden, wie sie in ihrem in der Science veröffentlichten Paper ausführten.

Das Grundprinzip ähnelt dem herkömmlicher optischer Medien durchaus. Den Daten-Layer bildet ein dünner Film aus Germanium, Antimon und Tellur, bei dem unter Einsatz eines kleinen Lasers einzelne Punkte in ihrer Struktur verändert werden können, um gespeicherte Daten zu repräsentieren. Beim Auslesen sorgen diese Veränderungen dafür, dass das Licht in unterschiedlicher Weise reflektiert und auch verschieden stark absorbiert wird.

Bei der Arbeit mit dem Material stellte sich aber ein weiterer Punkt als ziemlich entscheidend für die zukünftige Leistungsfähigkeit entsprechender Chips heraus: An den einzelnen Speicher-Punkten kann die atomare Struktur nicht nur zwischen kristallin und nichtkristallin hin und her geschaltet werden, es sind auch Zwischenschritte möglich, in denen der Film an der fraglichen Stelle beispielsweise zu 80 Prozent nichtkristallin und zu 20 Prozent kristallin ist - was sich beim Lesen wiederum in typischen Absorbtionsmustern niederschlägt.

Dies macht es möglich, dass in einer Speicherzelle nicht nur ein Bit als 0 oder 1 abgelegt werden kann. Die Wissenschaftler arbeiten bereits mit Verfahren, die genau genug sind, um mit acht verschiedenen Strukturzusammensetzungen zurechtzukommen. Durch den Einsatz verfeinerter Techniken und unterschiedlicher Wellenlängen beim Laser ist hier auch noch Luft nach oben.

Solche nichtflüchtigen Speicher galten bisher als das noch fehlende Glied, um komplette optische Rechner in die Praxis umzusetzen. Erfahrungen mit entsprechenden Prozessoren und Arbeitsspeichern zeigten bereits, dass die Technologie in der Lage sein kann, die herkömmlichen elektronischen Komponenten bei der Leistung um das 50- bis 100-Fache zu übertreffen. Da will natürlich niemand einen Flaschenhals einbauen, weil es keine Festspeicher gibt, in die die optischen Signale direkt geschickt werden können.