Kohlenstoffbasierter Datenspeicher für schnellere Computer
Die Datenspeicherung und deren Verbesserung stellt das Rückgrat unserer Wissenswirtschaft sowie der modernen Industrie, der Geschäftswelt und des Multimediabereichs dar. Mit neuen Speichermaterialien auf Grundlage von Kohlenstoff könnten bessere nichtflüchtiger Speichermedien erreicht werden, und vor diesem Hintergrund wurde das EU-geförderte Projekt CARERAMM (Carbon resistive random access memory materials) ins Leben gerufen. Die Projektmitglieder erforschten, wie umweltfreundliche, kosteneffektive und energieeffiziente Speichermaterialien entwickelt werden können, die auf die molekulare Ebene skalierbar sind, die eine Umschaltung von Bits in weniger als einer Nanosekunde möglich machen und die auch insgesamt eine verbesserte Funktionalität bieten. Um diese Ziele zu erreichen, arbeitete das Forschungsteam in zwei Bereichen. Zum einen untersuchten die Forscher Materialien und Geräte auf Grundlage von amorphem Kohlenstoff, welche aktuelle Speichertechnologien wie Festplatten oder Flash-Speichergeräte ergänzen könnten, zum anderen erforschten sie die potenzielle Anwendung von Graphenoxidspeicher für flexible elektronische Geräte. Sie Speicherkapazitäten beider Konzepte beruhten auf elektrischer resistiver Umschaltung, weshalb sich die Forscher mit diesem Thema eingehender befassten und die Grenzen der Technologie aufzeigten, darunter die geringste mögliche Gerätegröße, den Betriebstemperaturbereich und die Umschaltgeschwindigkeit. Die Arbeit umfasste Versuche, mit denen die voraussichtliche Lebensdauer bei verschiedenen Betriebstemperaturen, die Multi-Level-Speicherkapazität, die Tauglichkeit für bestimmte Anwendungen und mehrere andere entscheidende Parameter, die zur Entwicklung dieser Technologie erforderlich sind, bestimmt werden sollten. Nach umfassender Laborarbeit produzierten und charakterisierten die Forscher mit Erfolg die ersten Prototypgeräte, die beinahe alle der angestrebten Eigenschaften aufwiesen. Die CARERAMM-Mitglieder stellten Geräte her, die auf amorphem Kohlenstoff basieren, eine Umschaltenergie von weniger als einem Pikojoule aufweisen und bei bis zu 300 °C betrieben werden können. Die Projektforscher produzierten graphenoxidbasierte Geräte mit widerstandsfähigem Speicher auf vier Ebenen auf flexiblen Substraten sowie weitere graphenoxidbasierte Geräte, die über 10 000 Mal stark verbogen werden können ohne zerstört zu werden. Insgesamt trugen die Wissenschaftler mit wertvollen Erkenntnissen zu hochmoderner Technologie für resistive Umschaltung bei, die bei Geräten und Materialien auf Basis von amorphem Kohlenstoff oder Graphenoxid zur Anwendung kommen könnte. Sie kombinierten Modellierung auf atomistischer Ebene mit nanoskaliger Charakterisierung, um die Umschaltung erheblich zu verbessern, und wirkten so auf das Ziel hin, fortschrittliche kohlenstoffbasierte Speichertechnologie in naher Zukunft kommerzialisieren zu können.
Schlüsselbegriffe
Kohlenstoffbasierter Datenspeicher, Datenspeicherung, CARERAMM, Graphenoxidspeicher, resistive Umschaltung
