Ein Forschungsteam bestehend aus vielen Universitäten in China veröffentlichte kürzlich in der bekannten Fachzeitschrift Nature Communications einen Artikel, in dem eine revolutionäre Festplatte auf Basis organischer Materialien vorgestellt wurde. Diese neue Festplatte kann im Vergleich zu aktuellen herkömmlichen Festplatten bis zu sechsmal mehr Daten speichern.
Herkömmliche Festplatten basieren hauptsächlich auf binären Formen zum Speichern von Daten, z. B. der Verwendung magnetisierter Bereiche zur Darstellung von 1 und 0 oder der Verwendung hoher und niedriger Pegel zur Darstellung von 1 und 0, wodurch die endgültige Speicherkapazität der Festplatte begrenzt wird.
Molekulare Festplatten aus organischen Materialien nutzen selbstorganisierende organometallische zusammengesetzte molekulare Monoschichten (RuXLPH), um dieses Problem zu überwinden. Sie können eine Speicherleistung von 96 Zuständen erreichen, was eine 6-Bit-Datenspeicherung und XOR-In-situ-Verschlüsselungsvorgänge ermöglicht, wodurch die Datendichte erheblich erhöht und ein extrem niedriger Stromverbrauch gewährleistet wird. Der getestete Stromverbrauch beträgt nur 2,94 Pikowatt pro Bit (1pW=10 -12W)
Eine Schlüsselkomponente beim Betrieb dieser molekularen Festplatte ist eine leitfähige Rasterkraftmikroskopsonde (C-AFM), die als mechanischer Programmier- und Lesekopf fungiert. Die Sonde legt eine lokale Spannung an die selbstorganisierte Schicht an und löst so Redoxreaktionen in den RuXLPH-Molekülen aus.
Die nanoskalige Auflösung der Sonde kann den Leitfähigkeitszustand von Molekülen präzise steuern und ermöglicht so eine Multibit-Speicherung auf sehr kleinem Raum. Auch in puncto Sicherheit ist diese molekulare Festplatte besser, da keine separate Verschlüsselung erforderlich ist. Die molekulare Festplatte nutzt In-situ-XOR-Verschlüsselung auf molekularer Ebene und ermöglicht so sichere Datenkodierungs- und Abruffunktionen, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist.
Unten: Wandgemälde der Mogao-Grotten werden vor Ort in einer RuXLPHSAM-basierten molekularen Festplatte verschlüsselt.
Das Forschungsteam sagte, die zukünftige Arbeit werde sich auf die Verbesserung der Miniaturisierung, die Erhöhung der Leitfähigkeitszustände und die Lösung von Problemen der Umweltempfindlichkeit konzentrieren. Wenn eine solche molekulare Festplatte irgendwann realisiert werden kann, sollte sie dazu beitragen, den schnell wachsenden Datenspeicherbedarf der heutigen Welt zu decken.
Darüber hinaus vertrat die Website der Speicherindustrie nach der Lektüre des Papiers eine neue Sichtweise, nämlich die Lebensdauer von C-AFM. Die aktuelle Lebensdauer der Rasterkraftmikroskopsonde beträgt 50 bis 200 Stunden im intermittierenden Klopfmodus und 5 bis 50 Stunden im kontinuierlichen Klopfmodus. Um diese Art von molekularer Festplatte zu realisieren, ist es daher notwendig, Mikroskopsonden mit längerer Lebensdauer zu erforschen und herzustellen.
Papierzusammenfassung:
Der organische Speicher gilt aufgrund seiner geringen Größe, hohen Geschwindigkeit und langen Aufbewahrungszeit als vielversprechender Kandidat für die Archivierung umfangreicher Daten. Um den Anforderungen eines geringen Stromverbrauchs und einer hochsicheren Informationsspeicherung gerecht zu werden, haben wir eine konzeptionelle molekulare Festplattenlogiklösung entwickelt, die eine In-situ-Verschlüsselung großer Datenmengen innerhalb des Stromverbrauchsbereichs von pW/Bit durchführen kann.
Die grundlegende HDD-Einheit, die aus etwa 200 selbstorganisierten RuXLPH-Molekülen in einer einschichtigen SAM-Konfiguration besteht, profitiert vom Kopplungsmechanismus ausgewogener Redoxreaktionen und lokaler Ionendrift und durchläuft einen einzigartigen Leitfähigkeitsmechanismus mit kontinuierlichen, symmetrischen und stromsparenden Schalteigenschaften.
Im RuXLPHSAM-Beispiel wurde eine Speicherleistung von 96 Zuständen erreicht, was eine 6-Bit-Datenspeicherung und weitere XOR-Verschlüsselungsvorgänge in einer Einheit ermöglicht. Die In-situ-Bit-für-Bit-Verschlüsselung von Wandbildern der Mogao-Grotten, die auf molekularen Festplatten gespeichert sind, wurde demonstriert, indem Einzel-XOR-Operationen an Pixelinformationen durchgeführt wurden.
Papieradresse: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57410-8
Mitglieder des Forschungsteams kommen von der Shanghai Jiao Tong University, dem Jinhua Vocational and Technical College, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften, der Shanxi Normal University, der Jilin University, der East China University of Science and Technology und der Sun Yat-sen University.