Heutzutage braucht man einen Verbund von mehreren Millionen Atomen, damit ein magnetisches Bit so stabil ist, dass Festplattendaten über Jahre sicher sind. Forscher des KIT konnten nun einen großen Schritt in Richtung Ein-Atom-Bit machen.
Da ein einzelnes Atom, fixiert auf einer Unterlage, sehr empfindlich ist, kann es nur zweihundert Nanosekunden seine magnetische Ausrichtung beibehalten. Wulf Wulfhekel vom Karlsruher Institut für Technologie und Kollegen aus Halle sowie Arthur Ernst vom Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik, der theoretische Rechnungen beigetragen hat, konnten diese Zeit auf über zehn Minuten verlängern.
Die Forscher setzten im aktuellen Experiment ein einzelnes Holmium-Atom auf eine Platinunterlage. Bei einer Temperatur von ein Grad Kelvin, also nahe dem Nullpunkt, vermaßen sie die magnetische Ausrichtung. Dies geschah mit der feinen Spitze des neuen Rastertunnelmikroskops von KIT. Dank dieser speziellen Kühlung ist es vibrationsarm und erlaubt lange Messzeiten.
Die Elektronen der Unterlage und die des Atoms stoßen normalerweise rege quantenmechanisch miteinander und destabilisieren den Spin des Atoms in Nanosekunden. Im Fall von Holmium und Platin bei tiefen Temperaturen werden störende Wechselwirkungen durch die Symmetrieeigenschaften des vorliegenden Quantensystems ausgeschaltet. Durch externe Magnetfelder lässt sich der Spin des Holmiums aber noch einstellen und so Informationen schreiben. Um die Spin-Umklapp-Zeiten zu verlängern, wurde also der für das Atom, störende Einfluss der Umgebung ausgeblendet. Die Grundlage für die Entwicklung kompakter Datenspeicher und Quantencomputer wäre damit gelegt.