Strukturgeheimnisse von Speichermaterialien

Physiker des Forschungszentrums Jülich haben die Struktur und die Prozesse in Materialien aufgeklärt, die das Gedächtnis mehrfach beschreibbarer optischer Speichermedien wie DVD-RAM und Blu-ray Discs bilden. Nur das Grundprinzip war klar. Das Material lässt sich mit dem Laser-Schreibkopf punktuell umschalten: von einer geordneten, kristallinen Struktur in einen ungeordneten Zustand und zurück. An dieser Stelle verändert sich die Reflexion, so dass die Information wieder mit einem Laser abgelesen werden kann. „Die Umordnung der Atome darf nur wenige Nanosekunden dauern, ist also extrem schnell. Wir haben uns gefragt, wie eine Struktur beschaffen sein muss, die das möglich macht“, erklärt Dr. Robert Jones. Er und sein Team simulierten am Supercomputer JUGENE, was passiert, wenn geschmolzenes DVD-Material zu einer amorphen Masse abkühlt, wie es beim Einschreiben von Informationen passiert. Dabei stimmten sie die Modellierung mehrfach mit Messungen der Kristallstrukturen ab, die japanische Kollegen am Synchrotron SPring-8 gewonnen hatten.

Der Supercomputer JUGENE berechnete die Position und Bewegung von 460 Atomen während der 0,3 Nanosekunden des Abkühlens, die Berechnung nahm vier Monate in Anspruch. Das Ergebnis sind Einsichten, die bislang mit keinem Mikroskop gewonnen werden könnten: Entscheidend für das schnelle Umschalten sind ringförmige Strukturen aus jeweils vier Atomen, die sowohl im amorphen als auch im kristallinen Material vorkommen. Außerdem sind ausreichend Hohlräume wichtig, damit sich die Bausteine rasch umordnen können, ohne viele atomare Bindungen aufzubrechen. „Mit dieser Einsicht können wir das Materialdesign für neue Speichermedien sehr viel systematischer angehen“, sagt Jones.

Angela Wenzik