Opslag van honderd miljard bits per vierkante centimeter

Met nanodraadjes en organische moleculen kun je een computergeheugen bouwen waarop je in principe 10¹¹ bits per vierkante centimeter kwijt kan. Dat laten onderzoekers van de UCLA en CalTech deze week zien in Nature.

Volgens projectleider Sir Fraser Stoddart is dit een informatiedichtheid die voor commerciële geheugens niet vóór het jaar 2020 werd verwacht.

De structuur van het moleculaire geheugen lijkt een beetje op die van de ringetjesgeheugens van veertig jaar geleden. Het bestaat uit twee lagen parallelle nanodraadjes die kruiselings over elkaar liggen: de onderste draadjes zijn van fosforgedoopt silicium, de bovenste van titanium. Hart op hart liggen de draden 33 nm uit elkaar.

Op elk kruispunt hangt een rotaxaan tussen de draden. Dat is een haltervormig organisch molecuul met een verschuifbare ring er omheen. De ring kan twee stabiele standen innemen. Tussen die twee kun je schakelen door tussen de twee kruisende draden een spanningsverschil aan te leggen, en zo een redoxreactie in het molecuul op gang te brengen. De stand van de ring is vervolgens ook weer elektronisch af te lezen.

Om de rotaxanen tussen de draden te krijgen heeft Stoddart ze dusdanig ontworpen dat ze zichzelf assembleren tot een monomoleculaire laag, bovenop het silicium. De titaniumlaag wordt daar overheen gedampt en pas later in het proces tot draden geëtst.

De groep van Stoddart heeft een geheugen gemaakt van 400 bij 400 nanodraden, met een theoretische capaciteit van 160.000 bits. Voor het experiment hebben ze er echter maar 128 aangesloten. Iets meer dan een kwart van de rotaxanen bleek het goed te doen, de helft deed het een beetje en de rest deed niets omdat twee Si-nanodraadjes geen contact maakten. Uit eerdere experimenten is echter al gebleken dat een computergeheugen met een aantal fouten toch prima kan functioneren.

bron: UCLA, Nature