Forscher des »Almaden Research Center« von IBM sind der Meinung, dass sie die technologische Tür zum Universalspeicher der Zukunft aufgestoßen haben. »Racetrack« (i.e. »Rennstrecke«) nennt sich die Speichertechnologie, bei der Informationen in Form von winzigen, gegensätzlich magnetisierten Regionen in einem Nanodraht gespeichert werden.


Bei der herkömmlichen als Speichermedium verwendeten Festplatte werden das Medium und ein Schreib-Lese-Kopf bewegt, um Daten zu lesen, zu schreiben oder zu löschen. Anders beim Racetrack-Verfahren: Hier werden die magnetischen Domänen zu den zentralen Lese- und Schreibeinheiten, die in der Mitte des Nanodrahtes angebracht sind, hin verschoben – und dies mit extrem hoher Geschwindigkeit. Die gespeicherten Datenbits scheinen durch den Datenleiter zu »rasen«, daher der Name Racetrack.

Da ein einzelner Racetrack nur wenige Nanometer groß ist und zwischen 10 und 100 Bit speichern kann, erlaubt die Technologie extrem hohe Speicherdichten. Darüber hinaus benötigt das Verfahren keine beweglichen Teile, wodurch nahezu keine Abnutzungs- oder Verschleißerscheinungen auftreten. Das soll laut IBM den Racetrack-Speicher widerstandsfähiger als alle existierenden Speichertechnologien machen und ihm eine quasi unbegrenzte Lebensdauer verleihen.

Im Vergleich zu Flash-Speichern sollte ein Racetrack-Speicher eine 100-mal größere Datenmenge auf derselben Fläche aufzeichnen, kalkulieren die IBM-Forscher. Im Vergleich zu hochkapazitiven Festplatten hält man sich bei IBM freilich noch bedeckt.

In ihrer nun veröffentlichten Arbeit »Current-Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register« demonstrieren IBM-Fellow Stuart Parkin und seine Teamkollegen eine neue, sehr effiziente Methode, um Informationen durch so genannte magnetische Domänenwände – die Grenzflächen zwischen zwei gegensätzlich magnetisierten Regionen in einem magnetischen Material – zu speichern. Hierbei werden die Domänenwände durch einen spinpolarisierten Strom bewegt, der die Magnetisierung in der Wand drehen kann. Ursache hierfür ist der Spintransfer-Effekt, der die Speichertechnologie erheblich vereinfacht, weil der Strom direkt durch die Domänenwände fließt und keine zusätzlichen Magnetfelder generiert werden müssen.

In der zweiten Arbeit »Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory« fassen die Forscher die Grundprinzipien der Racetrack-Technologie zusammen. Diese beruht auf der Speicherung von Daten in winzigen magnetischen Regionen innerhalb eines Datenleiters. Als Datenleiter verwenden die Forscher kleine Nanodrähte, die magnetisch mit Informationen beschrieben werden. Diese werden der Länge nach waagerecht oder in Form einer Schlaufe senkrecht auf einer Siliziumfläche angebracht. Wenn eine Spannung angelegt wird, bewegen sich dabei weder die Drähte noch das Silizium, sondern nur die magnetischen Domänenwände, in denen die Information gespeichert wird.

Jede magnetische Domäne, die ein Bit repräsentiert, verfügt über einen »Head«, einen magnetischen Nordpol, und einen »Tail«, einen magnetischen Südpol. Die Domänenwände, die sich an den Grenzflächen formen, wechseln sich so im Datenleiter zwischen »head to head«- und »tail to tail«-Konfigurationen ab. Die Abstände zwischen zwei hintereinander folgenden Domänenwänden gleichen der Bit-Länge und werden durch Markierungen entlang des Nanodrahtes, so genannte Pinning-Zentren, bestimmt.

Der Schreib- und Verschiebe-Zyklus benötigt gerade einmal einige 10 Nanosekunden. Ziel der IBM-Forscher ist es nun, viele Tausende dieser Nanodraht-Speicher, die zwischen 10 und 100 Bit speichern können, dicht auf einer Fläche anzuordnen. Die senkrechte Anordnung von Nanodrähten eröffne zudem neuartige dreidimensionale Architekturen – ein Paradigmenwechsel im Vergleich zu derzeitigen zweidimensionalen Chip- und Speichertechnologien.

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