Ferroelektrika: Digitales Gedächtnis in der Pol-Position

1. Juli 2011

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Eine Brutstätte für neuartige Speichermaterialien: In der Vakuumkammer erzeugen die Hallenser Forscher mit der gepulsten Laser-Abscheidung saubere ferroelektrische Schichten. [weniger]

© Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik

Text: Peter Hergersberg

Richtig spannend wurde es für Marin Alexe abends in der Schlange vor dem Zapfhahn. Nicht, dass der Tag zuvor uninteressant gewesen wäre. Schließlich war Alexe extra für die Herbstschule zur Elektronenmikroskopie aus Rumänien nach Halle gekommen. Wissenschaftler unterschiedlicher Disziplinen, von der Mikrobiologie bis zur Festkörperphysik, hatten sich hier im September 1994 am Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik versammelt, um Neues über die Methode zu erfahren, mit der sich  Metalle, Keramiken aber auch Viren oder Eiweißmoleküle Atom für Atom untersuchen lassen. In seiner täglichen Arbeit hatte Marin Alexe damit bislang  eher weniger zu tun gehabt.

„Ich wollte die Methode mal kennenlernen“, sagt der Physiker – ein fröhlicher Mann mit markantem Schnauzbart, der damals am Nationalinstitut für Materialphysik in Bukarest eine Arbeitsgruppe leitete, obwohl er selbst gerade erst promovierte.  Während er also nach vielen Vorträgen für ein Bier ansteht, teilt ihm der Zufall den Platz neben Dietrich Hesse zu, und die beiden Wissenschaftler kommen ins Gespräch. Eine Plauderei mit Folgen.

Noch heute erinnern sich die beiden Forscher genau an ihr erstes Treffen. Sie sitzen  in Alexes schmalem Büro, dessen Wände bis unter die Decke mit Büchern zugestellt sind, dazwischen ein Stapel Schubfächer mit nummerierten Probengläschen. Marin Alexe erzählt, dass er an jenem Abend im September 1994 noch sehr viel mit Dietrich Hesse geredet hat. Knapp zwei Jahre später zieht er von Bukarest nach Halle und tritt am Max-Planck-Institut eine Stelle an, erst für zwei Jahre als Gast, anschließend im wissenschaftlichen Stab des Instituts. Denn in dem Gespräch, das nur nutzlose Zeit überbrücken sollte, haben die Physiker ziemlich schnell festgestellt, dass sie am selben Thema arbeiten: Ferroelektrika.

Weltweit erforschen nur wenige Forscher diese Materialien, obwohl sie nicht nur für Physiker mit einem Faible für ausgefallene Effekte interessant sind, sondern auch für Anwendungen in der Mikroelektronik. Denn ein Computer, der Information in einem ferroelektrischen Material speichert, hätte gegenüber einem Rechner von heute einen Startvorteil: Er müsste nicht langsam aufwachen, wenn er mit Strom belebt wird – er wäre auf Knopfdruck da wie ein Fernsehbild. Wird ein Rechner gestartet, lädt er Daten von der Festplatte in den Arbeitsspeicher, quasi vom Langzeit- ins Kurzzeitgedächtnis. Mit ferroelektrischen Speichern könnte sich diese Arbeitsteilung erübrigen, weil die Materialien die Vorteile von Festplatten und Arbeitsspeichern vereinen.

Die Festplatte bewahrt digitale Information in winzigen Magneten auf, die sich in zwei Richtungen polen lassen, sie erinnert sich daher dauerhaft. Man kann sie aber nicht beliebig dicht bepacken, weil sie mit einem Magnetfeld beschrieben und ausgelesen wird, das sich nicht auf wenige Nanometer fokussieren lässt. Außerdem entsteht dabei zu viel Wärme, um damit die Rechenoperationen eines laufenden Software-Programms auszuführen. Diese Probleme hat der Arbeitsspeicher nicht, aber er verliert das Gedächtnis, wenn der  Strom weg ist. Denn er merkt sich elektrisch, was der Mensch vor dem Bildschirm gerade braucht.