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Phasenwechselmaterialien wären ideale Datenspeicher, wenn sie nicht außergewöhnlich viel Strom verbrauchten. Dieses Problem hat ein Team um Eric Pop von der Stanford University gelöst.
Die Experten haben eine Phasenwechsel-Speicherzelle auf Kunststoffbasis entwickelt, deren Strombedarf, verglichen mit bisher bekannten Materialien, um bis zu 100 Mal niedriger liegt.
Aktionen in Nanosekunden
Phasenwechselmaterialien werden mithilfe von Wärme programmiert. Ein typisches Phasenwechsel-Speichergerät sichert Daten in Form von niedrigem Widerstand, der die digitale “Eins” repräsentiert, und von hohem Widerstand, der der “Null” entspricht. Wärme sorgt dafür, dass die Widerstände sich ändern, und zwar extrem schnell. “Wir können in Nanosekunden von Eins auf Null und wieder zurückschalten, indem wir Wärme aus elektrischen Impulsen verwenden”, sagt Pops Doktorand Asir Intisar Khan.
Heutiges Phasenwechselmaterial besteht aus einer Verbindung der drei chemischen Elemente Germanium, Antimon und Tellur, die zwischen zwei Metallelektroden eingebettet sind. Wird es punktuell und kurzzeitig von einem feinen Laserstrahl auf eine Temperatur von 150 Grad Celsius erhitzt, nimmt die Verbindung einen kristallinen Zustand mit niedrigem Widerstand an. Wird auf 600 Grad erhitzt, stört dies die Ordnung massiv. Die Atome gehen in den amorphen, also ungeordneten Zustand über, sodass der Widerstand stark ansteigt. Ausgelesen werden die Daten mit einem Scanner, der punktweise die Widerstände misst.
Energiefresser Rechenzentrum
Phasenwechselspeicher halten Informationen über lange Zeiträume fest, ohne dass sie dafür Energie verbrauchen. “Sie können Jahre später zurückkommen und den Speicher auslesen, indem sie einfach den Widerstand jedes Bits messen”, sagt Pop. Phasenwechselspeicher ließen sich daher auch in großen Rechenzentren einsetzen, in denen die Datenspeicherung etwa 15 Prozent des Stromverbrauchs ausmacht, meint der Wissenschaftler abschließend.
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