DE102012023526A1 - Steigerung der Kapazität von Datenleitungen und Computerspeichern - Google Patents

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    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
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    • A01D57/00Delivering mechanisms for harvesters or mowers
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Abstract

Verfahren zur Steigerung der Kapazität der Datenübertragung sowie der Computerspeicher Bei allzu voluminösen Schreib- und Leseköpfen kann man keine dreidimensionalen Speicher bauen, weil diese nicht in einen Kristall „eindringen” können. Ein dreidimensionaler Speicher ist kompakter. Die Kapazität der Datenübertagung ist begrenzt durch die Frequenz des verwendeten Lichts. Zur Herstellung des dreidimensionalen Speichers stapelt man mehrere dünne Plättchen übereinander nach Art des Drehschranks und „dreht” die benötigten Plättchen jeweils zur Bearbeitung mit den Lese- bzw. Schreibköpfen heraus, das Herausdrehen geschieht z. B. durch drehbare Hebel oder durch Elektromotörchen. Um mit einem RTM mehrere Atome auf einmal aufzunehmen bzw. abzusetzen, verwendet man ein Nanoröhrchen als Spitze, das man mit den abzusetzenden Atomen füllt. Will man mehrere Plättchen auf einmal bearbeiten, so dreht man diese nicht bloß um 90°, sondern auch um 180°, 270° heraus und bringt mehrere RTM's übereinander an. Die Beschleunigung des Lesens geschieht durch vorbeiführen des RTM's in einem gewissen Abstand an den aufgesetzten Atomen. Die Plättchen müssen während der Bearbeitung fixiert werden mit Schnappverschlüssen oder durch Arretierung der Elektromotörchen. Zur schnelleren Verteilung der Information kann man Röntgen- oder Gammastrahlung verwenden, zu deren Verstärkung einen Röntgenlaser. Mit einem kompakten Computerspeicher könnte sich jeder eine „persönliche cloud” herstellen und Vergrößerung des Speicherplatzes bzw. der Schnelligkeit der Informationsübertragung kann man immer brauchen.

Description

  • Steigerung der Kapazität von Datenleitungen und Computerspeichern Diese Erfindung gehört wieder in das Gebiet der EDV und hierin wieder in das der Hardware und sie soll die Kapazität der Computerspeicher und die Effektivität der Informationsübertragung der Computer steigern, insbesondere die Geschwindigkeit des Informationstransports. Gemäß meiner Information ist die höchste derzeit erreichbare Geschwindigkeit des Informationstransports 40 Gbit/sec und sie wird mit Glasfaserkabeln, da man aber hierzu auch Elektronik braucht, wird nur 1% davon in der Praxis erreicht (Nr. 3). Wie viele Speicherblättchen man übereinander Stapeln kann, weiß ich nicht.
  • Zunächst also zu den Computerspeichern. Ich beziehe mich auf Nr. 2. Hier wurde vorgeschlagen, dass man mit Hilfe von sehr glatten Kristalloberflächen und einem RTM (Rastertunnelmikroskop) Information speichern kann. Man kann diese Kristalle nun in dünne Scheibchen zersägen und diese übereinander stapeln, wie man die Teller im Schrank stapelt, auf diese Weise erreicht man eine noch höhere Speicherdichte. Die Schwierigkeit ist dabei natürlich die, dass man das RTM nicht in die Spalte zwischen den einzelnen Plättchen hineinzwängen kann. Nun, wenn dies nicht geht, macht man es eben umgekehrt: man ordnet die Kristallblättchen in einer Art „Miniaturdrehschrank” an und „dreht” jeweils das benötigte Plättchen heraus (und nach Gebrauch wieder zurück). Die Plättchen sollen natürlich so dünn wie möglich sein, je dünner, desto mehr kann man speichern. Graphen wären vielleicht das Beste, sein Nachteil ist es, dass es kein quadratisches Gitter darstellt. Es stellt sich natürlich noch die Frage, wie dick der Zwischenraum jeweils sein muss, (damit die Information nicht zerstört wird). Mit Kohlenstoffatomen könnte man bis zu ca. 6 × 10 hoch 6 Lagen pro mm Dicke speichern (in der Praxis wohl weit weniger).
  • Zum schnellen Zugriff auf die Information lässt man von jedem Plättchen eine Art „Aktenschwanz” heraushängen, dieser besteht aber eher aus einem „metallischen Stäbchen”. Die Stäbchen werden gegeneinander versetzt angebracht, in verschiedenen Abständen von der Oberkante der Blättchen. Sie sollen fast alle gleich lang sein, aber jeder zehnte, hundertste, tausendste etc. soll jeweils ein Stück länger sein, auch dies würde zum schnelleren Finden der Information dienen.
  • Es ist natürlich furchtbar umständlich, wenn das RTM jeweils zwischen einem Atomlagerplatz und der jeweiligen Absetzstelle hin- und her pendeln soll, die jeweils beschrieben werden soll. Man will also ein RTM, das mehrere Atome auf einmal „laden” und „absetzen” kann. Hierzu müsste im Innern des RTM's eine „Röhre” sitzen, in der die aufzusetzenden Atome sitzen. Man drückt dann -mechanisch oder elektrisch- ein Atom nach dem anderen heraus, natürlich nur dann, wenn eine „1” geschrieben werden soll, andernfalls geht man zum nächsten Gitterunkt vor. Analog geht das Löschen. Die aufzusetzenden Atome dürfen natürlich nicht an den Wänden der Röhre kleben bleiben – Edelgase wie das Xenon, mit dem Eigler (Nr. 1) seine Versuche machte, sind hier vielleicht geeignet. Natürlich müssen die Atome an der Oberfläche des Kristalls doch kleben bleiben, darum braucht man hier vielleicht zwei verschiedene Metalle, für die Röhrenwände und die Kristalloberfläche. Man kann mit dem Rasterkraftmikroskop vielleicht auch („ad”) Atome absetzen, vielleicht auch mehrere auf einmal, mit einer Röhre, wie oben angegeben, vielleicht auch mit anderen Rastermikroskopen.
  • Das Ganze hat natürlich den Nachteil, dass man zur selben Zeit nur an einem Plättchen, an einem Teil des Speichers arbeiten kann. Hier gibt es eine Methode: man dreht die Plättchen nicht nur um einen Winkel von 90° heraus, sondern auch im Winkel von 180° und 270°. Man kann dann gleichzeitig an drei Plättchen arbeiten, auch an solchen, die nahe beieinander liegen. Will man an mehr Plättchen gleichzeitig arbeiten so bleibt nichts anderes übrig, als mehrere RTM's übereinander anzubringen, man kann dann allerdings nicht an Plättchen gleichzeitig arbeiten, die nahe beieinander liegen. Auch wenn man die Plättchen um 180°, etc., dreht, braucht man drei RTM's. Ich bin aber der Meinung, dass dieser Fall zumindest anfangs selten eintritt, denn wenn man auf dem Plättchen eines Speicher gemäß Nr. 2 hat, dürfte dessen Kapazität für etliche Jahre in die Zukunft ausreichen und man kann diese Fälle durch gutes Datenmanagement vermeiden.
  • Es soll noch besprochen werden, auf welche Weise man Information schneller übertragen kann bzw. mehr Information pro Zeiteinheit. Um Informationen schneller zu übertragen, bleibt nichts anderes übrig, als die Wege zu verkürzen, also sowohl einen atomaren Speicher als auch einen ebensolchen Rechner zu bauen, da sich die Information konstant mit Lichtgeschwindigkeit bewegt, kommt sie umso schneller an, je kürzer der Weg ist. Man kann z. B. die Wege dadurch verkürzen, indem man viele RTM's zum Lesen und Schreiben einsetzt, diese können ruhig starr miteinander verbunden sein und zur Übertragung von mehr Information gibt es die triviale Lösung, dass man viele Glasfaserkabel einsetzt, zur Gewichtsersparnis könnten diese so dünn wie möglich sein.
  • Durch das Lesen und Schreiben entsteht im Computerspeicher eine ziemliche Wärme, diese muss irgendwie abgeführt werden. Hierzu könnte man einen thermoelektrischen Wandler einsetzen, wie das schon viele Leute vorgeschlagen haben, dieser verbraucht nicht nur die Wärme, sondern erzeugt noch zusätzlich Strom daraus, dieser könnte teilweise zur Stromversorgung des Computers dienen. Es ist aber wahrscheinlich, dass diese Art von Kühlung nicht genügt, in diesem Fall müsste man ein sehr großes Geschütz auffahren und mit flüssiger Luft kühlen, besser wohl, mit flüssigem Stickstoff, weil dieser reaktionsträge ist und nicht mit den Atomen des Speichers wechselwirkt. Falls es nötig ist, die Vorderseite des Speichers unter Vakuum zu halten, dann kühlt man halt seine Rückseite. Da der Speicher nicht besonders „voluminös” ist, braucht man nicht so viel flüssigen Stickstoff. Damit man nicht zu viel an flüssigem Stickstoff verbraucht, steckt man das Ganze in einen Kryobehälter, so ähnlich, wie man das bei supraleitenden Stromleitungen machen will. (Nr. 4). Man könnte soviel Stickstoff einfüllen, dass es für 5 oder höchstens 10 Jahre reicht – nach dieser Zeit werfen die meisten Leute den alten Speicher weg und kaufen einen neuen. Ansonsten müsste man halt den Stickstoff nachfüllen.
  • Man braucht zum Leerpumpen des Vakuumgefässes auch noch eine Luftpumpe, und zwar eine ziemlich kleine, wenn auch wohl nicht im Nanoformat, da man davon ausgehen kann, dass der avisierte Computerspeicher ein Volumen von mindestens 1 mm3 haben wird. Eine Pumpe, vielleicht sogar im Nanoformat, könnte man z. B. als Kapselpumpe bauen, man hat Zahnräder im Nanoformat hergestellt, und kann also auch normale Räder herstellen, für die Feder und das Gehäuse gibt es wohl auch Lösungen. Eine wirkliche Nanopumpe könnte man vielleicht als Kolbenpumpe bauen, man könnte hierzu zwei Nanoröhrchen benutzen, die zwar verschiedene Durchmesser haben, es soll aber die Differenz dieser Durchmesser nur klein sein damit an dem Innenkolben vorbei keine Luftmoleküle entweichen können, derartige Nanoröhrchen ergeben sich bei der Produktion. Für das Ventil müsste man natürlich eine Lösung finden. Falls obiger Speicher ein Ultrahochvakuum erfordert, müsste man natürlich auch die entsprechenden Pumpen miniaturisieren – man braucht sie natürlich ebenfalls nicht im Nanoformat. Da es kein absolut dichtes Gehäuse gibt, müsste man in regelmäßigen Abständen „nachpumpen”, auch wenn man den Speicher einmal lange Zeit nicht benutzt, man kann allerdings auch versuchen, die Speicherwände so dicht zu machen, dass sie 5 oder 10 Jahre ausreichend dicht halten – länger wird man die Speicher ja nicht benutzen.
  • Das Gehäuse für den Computerspeicher muss dick und stabil genug sein, damit es nicht implodiert, man braucht aber wieder keine Nanoabmessungen.
  • Ich mache noch einen Nachtrag zum mehrfachen RTM: hierzu eignen sich natürlich am besten die Nanoröhrchen, die ja ohnehin als besonders stabile „Spitzen” für die RTM's im Gespräch sind. Man füllt also das Innere der Nanoröhrchen mit den gewünschten („ad”) Atomen und drückt an den festgelegten Stellen jeweils eines heraus. Will man hinwiederum löschen, so saugt man das betreffende „ad”-Atom wieder ein. Dies geht analog zum Absetzen bzw. Aufnehmen der ad-Atome, das ja schon verwirklicht ist bzw. technisch möglich ist.
  • Es stellt sich noch die Frage, wie groß der jeweilige „Atomspeicher” sein muss, welches Volumen er haben muss. Nun dies ist klar: er muss so viele Atome enthalten, als auf dem betreffenden Feld, das er bearbeiten soll. Atome sitzen, falls er also ein Feld mit 106 „bit” Fläche bearbeiten soll, muss er eine Million Atome enthalten können. In der Praxis würde es in diesem Fall wohl genügen, wenn er nur 600000 Atome enthält, da erfahrungsgemäß die Hälfte eines Computerspeichers aus Null besteht, dies gilt umso genauer, je größer der Speicher ist. Es ist aber auf alle Fälle ein ziemliches Volumen erforderlich, 600000 Xenon Atome erfordern beispielsweise ein Volumen von 4 × 10 hoch –20 mm3, bei einer Grundfläche von 1,5 × 10 hoch –15 cm2 müsste er also eine Höhe von 2,5 × 10 och –8 cm haben. Nach meiner Information gibt es so voluminöse Nanoröhrchen (Nr. 1). Man könnte versuchen, einen Gemeinschaftsspeicher für viele RTM's zu installieren. Es ist aber in den meisten Fällen besser, Nanomagnete und ein spinpolarisiertes RTM zu nehmen, dann erspart man sich einen derartigen Speicher (s. u.).
  • Es wäre auch eine Kombination zwischen Atom-Pool, hin- und herpendeln (Nr. 2) sowie Atomspeicher möglich: Das RTM geht zunächst an den Atom-Pool und „saugt” dort ein Atom nach dem anderen ein, bis der Speicher voll ist. Dann wechselt es zur „Schreibzeile” und schreibt dort, indem es an die jeweilige Stellen Atome setzt, bis der Speicher wieder leer ist, dann geht es wieder zum Atom-Pool, etc.. Zum „Löschen” saugt es die jeweiligen Atome in der Schreibzeile auf bis der Speicher voll ist und wechselt dann zum Atom-Pool und entleert den Speicher, indem es dort ein Atom nach dem anderen ausspuckt, bis der Speicher leer ist. Der Vorteil dabei ist, dass der Speicher nicht so voluminös zu sein braucht, es würde z. B. vielleicht ein Fassungsvermögen von 10000 Atomen genügen. Je kleiner der Speicher ist, desto öfters muss man hin- und herpendeln. Den Atom-Pool stellt man dadurch her, dass man die Hälfte des Plättchens mit den „ad-Atomen” bedampft (und die andere bedeckt hält) oder dass man ein bedampftes und ein unbedampftes Plättchen vereinigt. Der Atomspeicher sollte aber doch so groß wie möglich sein, man muss also möglichst sehr voluminöse Nanoröhrchen nehmen. Sollte deren Volumen nicht ausreichen, so kann man oberhalb der Röhrchen noch einen „zusätzlichen Speicher” installieren, dieser muss allerdings aus einem Material sein, an dem die „ad-Atome” nicht kleben bleiben (und er muss nach unten hin konisch verlaufen, damit sich die Atome in ihm „nicht stauen”).
  • Die ganze Technologie der Datenspeicherung mit dem RTM ist nach meiner Information zu teuer und lohnt sich darum nicht, man muss sie also verbilligen, dies geschieht allgemein durch billigere Verarbeitung und durch billigere Materialien. Die Verarbeitung ist am billigsten mit Industrierobotern, hier habe ich wenig Kenntnisse. Was die Materialien anbelangt, so sind nach meiner Information (Nr. 1) die Schrauben für die Justierung und die piezoelektrischen Kristalle am Teuersten. Was diese Kristalle anbetrifft, so gibt es andere Möglichkeiten, ich weiß allerdings nicht, ob sie das Ganze verbilligen oder nicht. Man könnte zunächst die Tatsache benutzen, dass Metalle sich bei Erhitzung bzw. Abkühlung auseinanderziehen bzw. schrumpfen. Die Erhitzung könnte durch Kurzschlussstrom geschehen, die Abkühlung durch die den Speicher umgebende flüssige Luft. Es ist aber wahrscheinlich, dass das Ganze zu viel Wärmeenergie erfordert. Dann könnte man einen Nanomotor mit einem Zahnrad sowie eine Leiste verwenden, die ebenfalls eine Reihe von „Zähnen” hat. Diese Methode hat auch den Vorteil, dass es möglich ist, das RTM äußerst genau zu positionieren, man kann die Zahl der Umdrehungen des Motörchens genau abzählen, sowie zusätzlich auch die Anzahl der gedrehten Zähne. Das Ganze hat den Nachteil, dass bei der Bewegung des Zahnrads Reibung entsteht, es muss also stärker gekühlt werden, außerdem geht die Bewegung nicht so schnell.
  • Dann gibt es noch eine weitere Möglichkeit, man erzeugt in der Schiene ein Magnetfeld und bewegt das RTM wie einen Transrapid, mit einem „Stator” und „Rotor” (Nr. 5). Diese Bewegungsart verbindet die Vorzüge der Piezoelektrizität und des Zahnradmotors: Die Bewegung ist auch reibungsfrei und man kann die Wicklungen der Magnetspule (in miniature) Abzählen und so das RTM genau positionieren. Es ist aber wahrscheinlich, dass diese Art von Bewegung die teuerste von allen ist – der Transrapid verschlingt ja auch Unsummen. (Hiervon abgesehen wäre es, wie gesagt, das Günstigste, falls es sich billiger realisieren ließe?)
  • Um die Bearbeitung des Speichers zu beschleunigen, braucht man große Mengen von RTM's, die auf ein „Gitter” montiert werden sollen bzw. können. Meiner Meinung nach ist hier schon das Meiste erfunden. Es gibt nämlich das „Millipede” (Nr. 1), das von Binnig erfunden worden ist, hierbei sind viele Rasterkraftmikroskope ebenfalls auf einem Gitter starr befestigt, deren jedes einen Bezirk des Speichers bearbeitet. Ich sehe keinen Grund, warum das nämlich nicht auch für RTM's machbar wäre, ich kenne allerdings das Fabrikationsgeheimnis von Millipede nicht und kann darum nicht sagen, ob es auch hier anwendbar wäre, außerdem muss man die RTM's hier vielleicht in höherer Dichte anbringen als bei Millipede, ich weiß ebenfalls nicht, ob dies machbar ist.
  • Es gibt also zwei Sorten von RTM's: Die einen sind starr miteinander verbunden und sitzen auf einer Art „Lattenrost”, die anderen sind frei über den ganzen Speicher verschiebbar. Man könnte beides vielleicht kombinieren, also RTM's von beiden Sorten einsetzen, man könnte es vielleicht sogar so machen, dass auch die „starren RTM's” individuelle verschiebbar sind, jeweils innerhalb des Feldes, das sie bearbeiten sollen. Auf jeden Fall sind die starren RTM's dazu brauchbar, um die „Hecken” herzustellen – falls man diese braucht und auch die jeweiligen „Schreibzeilen” (Nr. 2), also eine „gestreifte” Kristalloberfläche. Bei den starren RTM's braucht jeweils nur der Lattenrost als Ganzes bewegt und gesteuert werden. Man erreicht dann jeweils bei deren Bewegung die ganze Kristalloberfläche und man kann so auf einen Sitz die ganze Kristalloberfläche beschreiben oder lesen, man muss nur jedem RTM die individuelle Information zukommen lassen, die es schreiben soll, obige individuellen RTM's sind also nicht unbedingt nötig. Zur Steuerung der RTM's auf dem Lattenrost kann dann ein ganz normaler piezoelektrischer Kristall dienen, oder ein Zahnradmotor, oder ein Stator-Rotorantrieb. Beim Rechnen ist es natürlich anders.
  • Das herausdrehen der Plättchen kann dadurch erfolgen, dass man am „Ring”, der das Plättchen mit der Drehleiste verbindet, ein Zahnrad anbringt. Dann nimmt man ein versenkbares „Zahnradmotörchen”, senkt dieses an die richtige Stelle ab und dreht mit dessen Hilfe das Plättchen dann um 90°, 180° oder 270° heraus. Natürlich könnte auch jedes Plättchen einen eigenen Drehmotor haben, aber dies ist eigentlich eine Verschwendung. Man könnte dann allerdings das jeweilige Motörchen gezielt ansteuern bzw. bewegen. Ein derartiges Motörchen könnte auch zur Fixierung der Plättchen dienen.
  • Es ist klar, dass man zur Angabe der Adresse einer Speicherzelle drei natürliche Zahlen braucht: Jeweils die Nummer der Zeile bzw. Spalte auf einem Plättchen, sowie noch die jeweilige Nummer des Plättchens. Falls man auf diese Weise auf eine einzelne Speicheradresse zugreifen will, dann schießt man, sozusagen, mit Kanonen auf Spatzen. Man wird jedoch, schlauerweise, die Daten sukzessive, also hintereinander, auf jeweils demselben Plättchen speichern, insbesondere wird man dies bei der Speicherung von Filmen, Büchern oder CD's so machen. Man könnte auch jede CD, Buch, etc. auf einem Extra-Feld speichern.
  • Man könnte die Datenübertragung auch dadurch beschleunigen, dass man das RTM möglichst schnell hin- und herbewegt, von ein „Datenstelle” zur anderen. Es gibt hierfür aber Grenzen, man müsste das RTM jeweils hoch beschleunigen und es würde auch umso mehr Energie erfordern, je schneller das RTM bewegt wird. Hohe Beschleunigung würde auch große Stabilität des Lese- und Schreibkopf erfordern und auch die piezoelektrischen Kristalle können nur eine gewisse Beschleunigung aushalten und leisten. Beim Lese-vorgang ergibt sich eine gewisse Trägheit des RTM's.
  • Ich könnte mir vorstellen, dass man auch bei anderen Methoden der Speicherung als mit RTM und ad-Atomen eine absolut glatte Oberfläche braucht, z. B. bei der Datenspeicherung mittels spinpolarisiertem RTM.
  • Ebenso könnte man auch bei anderen Methoden der Speicherung die jeweiligen Plättchen „übereinander stapeln” und gemäß dem Drehschrankprinzip herausdrehen.
  • Es braucht auch schnellere Rechner mehr Speicherplatz, weil mehr Daten anfallen. Mit schnelleren Rechnern kann man z. B. genauere- und umfangreichere-Simulationen machen, oder mehr Rechnungen pro Zeiteinheit. Man kann denselben Effekt (wie mit einem RTM) auch mit dem spinpolarisierten RTM (Nr. 1) erzielen, wenn es gelänge nebeneinanderliegende Atome auf definierte Weise zu magnetisieren. Wenn dies nicht gelingt, so ist das normale RTM insofern besser, weil man mit ihm von vornherein mit Speicherbausteinen von der Größe von Atomen arbeiten kann. Wenn man einen derartigen Speicher auch beschreiben wollte (sonst wäre er ja zwecklos), so müsste man eine Methode finden, die betreffenden Spins entsprechend „umzupolen”, vielleicht gelingt dies mit einem kurzen Stromstoß, oder durch Umpolung des Spins des Atoms an der Spitze des spinpolarisierten RTM. Dieses hat natürlich auch den Vorteil, dass man sich den Speicher für die ad-Atome sparen kann (wenn die Umpolung gelingt).
  • Es stellt sich noch die Frage, wie man die jeweiligen Plättchen herausdreht. Hierzu wäre zunächst zu sagen, dass man dies bei gutem Datenmanagement selten tun muss, da auf einem Plättchen von 1 mm2 Fläche bis zu 10 hoch 12 bit gespeichert werden können, dies müsste für viele Anwendungen ausreichen. Muss man es doch einmal machen, so bewegt man einen drehbaren Hebel diagonal (im Zickzack) nach oben, entlang den Tausenderaktenschwänzen und zählt diese dabei jeweils ab, bis man die richtige „Tausendschaft” gefunden hat und wiederholt dann das Verfahren mit den „Einer – aktenschwänzen”. Der drehbare Hebel soll in die Spitze eines RTM's auslaufen, mit dieser Spitze „ergreift” man dann den Aktenschwanz (sowie man den richtigen gefunden hat) und dreht dann mit der Spitze das Plättchen in die gewünschte Lage (um 90°, 180°). Graphen dehnt sich nach meiner Information aus, wenn Strom hindurchfließt und zieht sich wieder zusammen, wenn man den Strom abschaltet. Damit wäre es als Piezoelektret für das RTM brauchbar. Ich weiß allerdings nicht, ob es auch billiger ist als herkömmliche Piezoelektreten.
  • Es könnte auch sein, dass Lese- und Schreibvorgang zu lange dauern. Zur Beschleunigung des Lesevorgangs könnte man zunächst möglichst viele RTM's als Leseköpfe einsetzen- und ebenso auch als Schreibköpfe, dieses Verfahren nützt bei dem. Sodann müssten die Leseköpfe in einem größeren Abstand an dem Kristall vorbeigeführt werden, als die Höhe der „Informationsatome” ist, sie werden dann von ihnen nicht gebremst, anders gesagt, sie werden in gerader Linie über die Atome hinweggeführt, natürlich doch so nahe an ihnen, dass die Atome noch ein kräftiges „Tunnelsignal” ergeben. Mit dem Schreiben kann man sich z. B. bei externen Speichern etwas mehr Zeit lassen, hier helfen zur Beschleunigung neben einer Vermehrung der Anzahl der Schreibköpfe auch RTM's mit einem „Atomspeicher” (siehe oben), sowie allgemein eine Verkürzung der Wege, also Schreibzeilen, die direkt neben einer Spalte „Atom-Pool” liegen, also ein Kristall mit „Streifen”. Vielleicht gibt es auch Verfahren zum schnelleren Aufnehmen und Absetzen von Atomen mit dem RTM.
  • Es stellt sich noch die Frage, wie man die „Schreibzeilen” neben den Zeilen „Atom-Pools” herstellt, also einen Kristall mit „Streifen”. Hierzu muss die Kristallfläche absolut glatt, also geglättet sein, jede Unebenheit könnte ein falsches Signal geben (eine „1” statt der „0”), sie muss nach dem in Nr. 2 angegebenen Verfahren geglättet werden. Es könnten hier zusätzlich auch noch „Kristallstufen” auftreten, wenn der Kristall nicht sauber „zersägt” worden ist. Auch derartige Stufen könnten wohl mit dem Elektronenmikroskop detektiert werden. Man kann nun den Kristall in Felder einteilen, mit Kantenlängen von 100, 1000 oder 10000 bit. Man kann derartige „Stufen” nun dadurch loswerden, dass man entweder die betreffenden Felder los sägt und wegwirft, oder indem man diese Felder für die Bearbeitung „sperrt”, es soll jedes Feld von genau einem RTM bearbeitet werden, man legt also das entsprechende RTM still und informiert die Speichereinheit, dass der betreffende Speicherbereich nicht zur Verfügung steht. Man kann auch versuchen, das betreffende „gestufte Feld” mit Atomen aufzufüllen bzw., so viele Atome herausreißen, dass die Stufe verschwindet – es müssen nicht alle Felder auf demselben Niveau sein, nur innerhalb eines Feldes darf es keine Stufen und Unebenheiten geben.
  • Zur weiteren Bearbeitung dampft man nun auf die Kristalloberfläche die ad-Atome auf – vielleicht mit dem in Nr. 6 angegebenen Verfahren, man muss die Zeit hier genau einteilen, damit auf fast allen Plätzen nur genau ein Atom sitzt. Dann muss ein zweites Mal geglättet werden, sitzen irgendwo zwei Atome übereinander, so muss eines entfernt werden, ist irgendwo keines, so muss eines eingesetzt werden, man benützt die entsprechenden verschiedenen Tunnelströme, um das Herausziehen bzw. Setzen der Atome auszulösen. Man benützt hier am besten ein TRM mit Atomspeicher.
  • Am Ende muss noch das gewünschte Streifenmuster erzeugt werden. Hierzu könnte man in jeder zweiten Reihe (abwechselnd) die at – Atome herausreißen und „wegschmeißen”. Es wäre aber die Frage, wohin damit, man müsste sie aus der Vakuumkammer herauswerfen, sonst könnten sie wieder an der Kristalloberfläche kleben bleiben und die Signale verfälschen. Es ist darum wohl das Beste, man bedampft zunächst nur die halbe Kristalloberfläche und deckt die andere Hälfte zu, so dass diese freibleibt. Bei der weiteren Bearbeitung, geht man am besten „zeilenweise” vor, falls man nämlich ein „mehrfaches RTM” hat: Man reißt aus der zweituntersten Zeile des Atom-Pools nacheinander alle Atome heraus, speichert diese und spuckt sie dann nacheinander auf der freien Fläche, in deren zweiten Zeile wieder aus, so dass dort der gewünschte Streifen entsteht, man muss, wenn man mit einer Zeile fertig ist, ohnehin zurücksetzen, da spielt es keine große Rolle, wenn man noch in einer anderen Zeile überwechselt, das Verfahren hat noch den Vorteil, dass der Speicher nicht so groß zu sein braucht, man muss nur die Atome einer Zeile speichern (also 100, 1000 oder 10000). Hat man kein mehrfaches RTM, so ist die Herstellung der Streifen eine sehr langwierige Sache, die ganze Sache hängt natürlich auch davon ab, wie viele Spitzen von RTM's man hat, wie groß das Feld ist, dass jede zu bearbeiten hat. Wenn man erst einmal die Streifen produziert hat, kann man auch mit einem einfachen RTM weiterarbeiten: Zum Schreiben setzt man die Atome aus der „Atom-Pool-Zeile” in die Schreibzeile, zum Löschen dann einfach wieder in die umgekehrte Richtung zurück.
  • In der „Kammer”, in der sich die Kristalle und die RTM's befinden, werden trotz schärfsten Auspumpens immer noch einige Luftmolekeln sein, von diesen weiß man allerdings, von welcher Art sie sind: Sauerstoff, Stickstoff, CO2, etc.. Diese Moleküle bzw. Atome könnten sich irgendwie doch auf der Kristalloberfläche „kleben” bleiben und damit die Leseergebnisse verfälschen: Man könnte sie als „Atom vorhanden” lesen, also Bit „1” statt „0”. Man müsste diese Luftatome also erkennen und beseitigen. Wenn ein derartiges Atom auf einem bereits gesetzten „ad-Atom” aufsitzt, ist es gut erkennbar, weil es dann einen besonders hohen „Hügel” (im RTM) ergibt. Schwieriger wird es also, wenn es eine Leerstelle besetzt. Hier hilft die Anordnung von abwechselnden Zeilen, „Atom-Pool” und Schreibzeile: Wenn man alles richtig macht, dann sind die Informationen in Schreibzeile und „Atom-Pool” jeweils „komplementär”. Sitzt im „Atom-Pool” ein Atom, so sitzt daneben, in der Schreibzeile, kein Atom und umgekehrt. Wenn man also die Atome in Atom-Pool-Zeile und Schreibzeile addiert, so ergibt sich jeweils die Länge der Zeile, diese sei = N. Man muss also jeweils die Atome in diesen beiden Zeilen addieren, kommt etwas anderes als N heraus, so steckt in der Zeileninformation ein Fehler. Um diesen zu lokalisieren, kontrolliert man jeweils nach, ob auf jeder der Positionen in Schreib- und Atompolzeile jeweils nur ein Atom sitzt. Sind es irgendwo zwei, so ist diese Position fehlerhaft. Man kann dann das „klebende Luftatom” daran erkennen, dass es eine andere Form hat als die ad-Atome, nämlich die Form eines Sauerstoff-Stickstoff- oder CO2-Moleküls bzw. Atoms und man entfernt es dann.
  • Man kann- vielleicht – die „Streifen” – aber sicher das bedecken der halben Oberfläche, mit dem SAM-Verfahren (selfassembling monolayer, Nr. 1) durchführen, man könnte es auch das „Stempelverfahren” nennen. Hierzu bräuchte man natürlich geeignete Materialien und die Auswahl der Materialien ist schon durch die anderen Erfordernisse stark eingeschränkt. Wenn es möglich ist, auf diese Weise Streifen mit der Breite eines Atoms zu erzeugen, so geht es auch mit Doppelstreifen einer Breite von zwei Atomstreifen. Die Vorteile sind, dass der Aufwand kleiner ist, man kann auf einen Sitz alles bedrucken und es ist alles in Höhe einer Atomlage bedruckt, man braucht kein zweites Glätten. Das Ganze geht nur, wenn man kleinere Details drucken kann als 50 nm.
  • Was nochmal die Geschwindigkeit der Informationsübertragung angelangt, so schöpft man heutzutage nicht einmal das Potential des sichtbaren Lichtes aus, mit diesem ließen sich 10 hoch 15 bit/sec übertragen, weil dies dessen Frequenz ist. Will man wirklich fruchtbar viele Informationen mit einem einzigen Strahl übertragen, so muss man Röntgen- oder gar Gammastrahlen verwenden. Ein Röntgenlaser zur Verstärkung existiert nach meiner Information bereits, der Rest muss noch erfunden werden.
  • Auf der derzeitigen Computermesse ist die „cloud” der Renner. Mit der Erfindung könnte sich ein jeder eine solche „cloud” in den eigenen Rechner laden, ganz nach individuellen Wünschen, eine Auslagerung der cloud in öffentliche Datenspeicher wäre überflüssig.
  • Es könnte sein, dass ein derartiger Speicher trotz allen „Verbilligungsversuchen” noch zu teuer ist, für einen normalen Laptop oder ein Smartphone und dort auch nicht so viel Speichermedium gebraucht wird. In diesem Fall wäre er aber immer noch für einen Großrechner geeignet, der ja ohne hin viel teurer ist als ein Laptop und wo man den großen Speicherplatz auf alle Fälle benötigt. Gemäß Nr. 1 soll ein RTM im Jahre 2004 1000 Euro gekostet haben, mittlerweile ist es wohl billiger. Sollte ein fortgesetztes Beschreiben des Speichers nicht gelingen, so wäre dieser immer noch zur Speicherung von Büchern, CD's oder Filmen geeignet, auch solchen in 3D.
  • Literaturliste
    • Nr. 1: N. Boening, „Nano?!", Rowohl Verlag, Berlin 2004
    • Nr. 2: C. Hiller, Die Steigerung der Kapazität von Computerspeichern, Gebrauchsmuster, Aktenzeichen 202011102584.9
    • Nr. 3: Brooker, E. Bogen, Nanotechnologie für Dummies, Viley-Verlag GmbH&CoKGaA. 1. Aufl. 2006
    • Nr. 4: Fricke, Energie, Oldenbourg Verlag, München, Wien 1981
    • Nr. 5: Hogen, Technik-wie funktioniert das? Meyers Lexikonverlag, Mannheim 2011
    • Nr. 6: Aono et al., US-Patent Nr. 5808311 , 15. September 1998

Claims (1)

  1. Die Steigerung der Kapazität der Datenübertragung sowie von Computerspeichern geschieht dadurch, dass 1) man lauter informationstragende Plättchen übereinander stapelt, nach Art des Drehschranks, 2) man dreht die gerade benötigten Plättchen heraus und kann sie dann mit dem RTM (rastertunnelmikroskop) oder anderem bearbeiten. 3) RTM für mehrere Atome auf einmal: Herausdrücken der Atome durch eine Röhre, Verhinderung des Haftens der aufzusetzenden Atome an den Röhrenwänden durch geeignete (verschiedene) Materialien, oder durch Verwendung von Nanoröhrchen, deren Auffüllung mit Atomen von oben. 4) Bearbeitung mehrerer Plättchen auf einmal: deren Drehung um 90°, 180°, 270°, sowie Einsatz mehrerer Rastertunnelmikroskope (RTM 's) zum lesen und Schreiben, diese ordnet man übereinander an. 5) zur Herstellung des benötigten Vakuums dient eine Luftpumpe- wieder en miniature, eine Kolben- oder Kapselpumpe? 6) Bewegung des RTM's mit Zahnradmotor und Zahnleiste, oder mit Rotor und Stator, oder mit einem Piezoelektreten aus Graphen 7) Fixierung der Plättchen mit Schnappverschlüssen, oder durch Arretierung des bzw. der Elektromotörchen. 8) Herausdrehen des Plättchens mit einem drehbaren Hebel, der in einem RTM als Spitze ausläuft, oder wieder durch ein Elektromotörchen mit Zahnradkranz, oder durch mehrere separate Elektromotörchen. 9) Übertragung von furchtbar vielen Daten mit Röntgen- oder Gammastrahlung, deren Verstärkung z. B. durch Röntgenlaser. 10) Verhinderung des Haftens von Rest-Luftmolekülen entweder durch geeignete Materialien, durch Abzählung der Atome einer Doppelreihe, Kontrolle nebeneinandersitzender Atome, Entdeckung der Luftmoleküle durch ihre Form. 11) Beschleunigung des Lesevorgangs: Einsatz vieler RTM's als Lese- und Schreibköpfe, zum Lesen: vorbeiführen der Leseköpfe in grösserem Abstand, zum Schreiben: mehrfaches RTM (mit Atomspeicher) 12) Herstellung der Kristalloberfläche ”mit Streifen”: erst Glättung, dann aufdampfen von ad-Atomen, zweite Glättung, dann zeilenweises Herausziehen der Atome und deren ebenso zeilenweises Absetzen in den Leerräumen, oder mit dem ”Stempelverfahren” (SAM, selfassembling monolayer).
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