DE3607932A1 - Data store, and process for producing a data store and a probe for information input and removal as well as erasure - Google Patents
Data store, and process for producing a data store and a probe for information input and removal as well as erasureInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Datenspeicher mit einer Speichermatrix, insbesondere einen Speicher mit hoher Speicherkapazität. Bisher werden für Speicher mit hoher Speicherkapazität und bei gleichzeitig geringem Raumbedarf, Halbleiterspeicher verwendet. Solche Halbleiterspeicher haben eine Speicherkapazität im Mega- Byte-Bereich pro cm2.The invention relates to a data memory with a memory matrix, in particular a memory with a high storage capacity. So far, semiconductor memories have been used for memories with a high storage capacity and at the same time taking up little space. Such semiconductor memories have a storage capacity in the megabyte range per cm 2 .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Datenspeicher zu schaffen, der bei sehr geringem Platzbedarf eine wesentlich höhere Speicherkapazität aufweist.The object of the present invention is a data memory to create an essential with very little space has higher storage capacity.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß die Speicherzellen der Speichermatrix aus Molekülen besteht, die durch physikalische Störverfahren in ihrem molekularen Zustand veränderbar sind, daß diese jeweiligen molekularen Zustände zeitlich und räumlich fixierbar sind und daß die Informationsabnahme durch physikalische Signale erfolgt. Bei diesem Datenspeicher liegt die Speicherplatzgröße im Nanometer- Bereich, so daß dementsprechend auf sehr kleinem Raum eine Speicherkapazität unterbringbar ist, die gegenüber dem Stand der Technik bei Halbleiterspeichern mindestens um den Faktor 103 bis 106 größer ist.To solve this problem, the invention proposes, in particular, that the memory cells of the memory matrix consist of molecules whose molecular state can be changed by physical interference methods, that these respective molecular states can be fixed in time and space and that the information is taken off by physical signals. In the case of this data storage device, the storage space size is in the nanometer range, so that accordingly a storage capacity can be accommodated in a very small space, which is at least a factor of 10 3 to 10 6 larger than in the prior art for semiconductor memories.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind als Moleküle solche vorgesehen, die insbesondere durch Photonenabsorption, Aufnahme elektrischer Ladungen, Magnetisierung, induzierte chemische Strukturveränderungen od. dgl. ausgezeichnet sind. According to a further feature of the invention are as molecules those provided, in particular by photon absorption, Absorption of electric charges, magnetization, induced chemical structural changes or the like are excellent.
Solche Moleküle können unterschiedliche Zustände einnehmen, wobei die Zustandsänderung von außen beeinflußbar ist. Dementsprechend ist eine binäre Speicherung möglich.Such molecules can have different states, whereby the change in state can be influenced from the outside. Accordingly binary storage is possible.
Zur Informationseingabe und/oder zur Informationsabgabe und/oder zur Löschung ist eine relativ zu der Speichermatrix positionierbare Sonde vorgesehen. Mit Hilfe dieser Sonde können physikalische Signale auf die Moleküle appliziert werden, um eine entsprechende Zustandsänderung herbeizuführen.For information input and / or for information delivery and / or for deletion is a positionable relative to the memory matrix Probe provided. With the help of this probe, physical Signals are applied to the molecules to make a corresponding Bring about a change of state.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Speichermatrix hoher Speicherkapazität. Dieses Verfahren ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, daß Moleküle, die durch Photonenabsorption, Aufnahme elektrischer Ladungen, Magnetisierung, induzierte chemische Strukturveränderungen od. dgl. ausgezeichnet sind, auf eine Trägerplatte aufgezogen oder aufkondensiert werden und daß anschließend die Molekül-Matrix fixiert wird. Durch diesen Molekül- Speicher wird eine extrem hohe Speicherdichte und somit eine große Speicherkapazität bei geringem Platzbedarf erzielt.The invention also relates to a method for producing a Storage matrix with high storage capacity. This procedure is special characterized in that molecules which are absorbed by photons, Absorption of electric charges, magnetization, induced chemical structural changes or the like are excellent, be pulled up or condensed onto a carrier plate and that then the molecule matrix is fixed. Through this molecule Storage becomes an extremely high storage density and thus one large storage capacity achieved with a small footprint.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung einer Sonde zur Informationseingabe, Informationsabnahme und gegebenenfalls zur Löschung bei einem Datenspeicher hoher Speicherkapazität, der mit Molekül-Speichern arbeitet. Dieses Verfahren ist insbeondere dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung einer keilförmigen Hohlleiter-Sonde eine erste plattenförmige Außenwand auf einer Seite in Langmuir-Technik z. B. mit Lipid-Molekülen treppenartig beschichtet wird, daß auf die Treppenkanten dieser Treppenschichtung eine zweite, plattenförmige Außenwand aufgelegt wird, daß dann Außenwände gegeneinander fixiert werden und daß anschließend die treppenartigen Schichten zwischen den Außenwänden herausgelöst werden. Diese Sonde ist durch Verwendung des Langmuir-Verfahrens und durch die treppenartige Ausbildung der Schichten mit hoher Präzision herstellbar.The invention also relates to a method for producing a Probe for information entry, information acquisition and if necessary for deletion from a data storage medium with high storage capacity, who works with molecule storage. This procedure is special characterized in that to form a wedge-shaped Waveguide probe a first plate-shaped outer wall on a Langmuir technology page z. B. with lipid molecules step-like is coated on the stair nosing of this stair layer a second, plate-shaped outer wall is placed that outer walls are fixed against each other and that the staircase-like Layers can be removed between the outer walls. This probe is by using the Langmuir method and by the stair-like formation of the layers can be produced with high precision.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen noch näher erläutert.Additional embodiments of the invention are in the further subclaims listed. The invention is described below with the aid of Embodiments explained in more detail in the drawings.
Es zeigt etwas schematisiert:It shows something schematically:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines Datenspeichers mit Hohlleiter- Sonden zur Informationseingabe und Informationsentnahme, Fig. 1 is a side view of a data memory with Waveguide probes for information input and information collection,
Fig. 2 eine Seitenansicht einer Hohlleiter-Sonde während des Herstellungsprozesses, Fig. 2 is a side view of a waveguide probe during the manufacturing process,
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Hohlleiter-Sonde für Photonenstrahlung, Fig. 3 is a perspective view of a waveguide probe for photon radiation,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer Sondenanordnung für geladene Partikel und Felder, Fig. 4 is a perspective view of a probe arrangement for charged particles and fields,
Fig. 5 die in Fig. 3 gezeigte Anordnung in Verbindung mit einer Speichermatrix FIG. 5 shows the arrangement shown in FIG. 3 in connection with a memory matrix
Fig. 6 eine etwa Fig. 5 entsprechende Anordnung, hier jedoch für Partikelstrahlung und FIG. 6 shows an arrangement corresponding approximately to FIG. 5, but here for particle radiation and
Fig. 7 eine Datenspeicheranordnung mit Polsonden zum applizieren elektrischer oder magnetischer Felder zur Veränderung des molekularen Zustandes der Matrixmoleküle. Fig. 7 is a data storage device with Polsonden for applying electrical or magnetic fields for changing the state of the molecular matrix molecules.
Ein im ganzen mit 1 bezeichneter Datenspeicher ist mit seinen wesentlichen Bestandteilen in Fig. 1 dargestellt. Er besteht im wesentlichen aus einem Molekülspeicher, wobei auf einer Trägerplatte 2, z. B. aus Glas Moleküle 3 z. B. durch Aufziehen, Aufkondensieren od. dgl. aufgebracht sind. Weiterhin gehört zu den Datenspeicher, der hier als "optischer" Speicher ausgebildet ist und mit Photonen für das physikalische Störverfahren zur Veränderung des molekularen Zustandes der Moleküle arbeitet, eine Hohlleitersonde 4 zur Informationseingabe und auf der anderen Seite gegenüberliegend eine weitere Hohlleitersonde 6 zur Informationsabnahme. Die Platte 2 mit der Molekülmatrix 5 ist als rotierende Speicherplatte mit der Drehwelle 7 ausgebildet. Die Drehzahl kann bis zu 60 000 Umin betragen. Die Sonden 4 und 6 sind etwas radial zu der Platte positionierbar, wie dies durch die Pfeile PF 1 angedeutet ist. Dadurch entsteht eine spiralige Speicherplatzverteilung ohne Überlappung der einzelnen Speicherplätze.A data storage device, generally designated 1 , is shown with its essential components in FIG. 1. It consists essentially of a molecular memory, on a support plate 2 , z. B. glass molecules 3 z. B. are applied by mounting, condensing or the like. Furthermore, one of the data memory, the "optical" as used herein as a memory is formed and works with photons for the physical perturbation method for varying the molecular state of the molecules to provide a waveguide probe 4 opposite to the information input and on the other side a further waveguide probe 6 for information loss. The plate 2 with the molecular matrix 5 is designed as a rotating storage plate with the rotary shaft 7 . The speed can be up to 60,000 rpm. The probes 4 and 6 can be positioned somewhat radially to the plate, as indicated by the arrows PF 1 . This creates a spiral storage space distribution without overlapping the individual storage spaces.
An Hand von Fig. 1 sei der Ablauf einer Datenspeicherung bzw. einer Zustandsänderung der Molekülspeicher 3 erläutert.The sequence of data storage or a change in state of the molecular stores 3 will be explained with reference to FIG. 1.
Die Datenspeicherung wird durch Moleküle ermöglicht, die eine chromphore Gruppe besitzen, die in zwei stabilen Zuständen existieren kann, mit zwei unterschiedlichen Absorptionsspektren im sichtbaren Wellenlängenbereich und zusätzlich Unterschiede in der Molekülkonformation aufweist, d. h. unterschiedliche Absorptionsspektren im infraroten Adsorptionsbereich besitzt. Solche Eigenschaften besitzen z. B. die Biomoleküle, Phytochrom, Rhodopsin von Invertebraten oder Bacteriorhodopsine. Die Verwendungsmöglichkeit dieser Biomoleküle als Datenspeicher soll am Beispiel des Phytochroms erläutert werden. Phytochrom besitzt zwei stabile Molekülzustände, die maximale Absorption bei 660 nm und 730 nm zeigen:Data storage is made possible by molecules that have a chromophore Own group that exist in two stable states can, with two different absorption spectra in the visible Wavelength range and additional differences in the molecular conformation has, d. H. different absorption spectra in has infrared adsorption range. Have such properties e.g. B. the biomolecules, phytochrome, rhodopsin from invertebrates or Bacteriorhodopsins. The possibility of using these biomolecules the data storage will be explained using the example of the phytochrome. Phytochrome has two stable molecular states, the maximum Absorbance at 660 nm and 730 nm show:
Wird Phytochrom I mit Licht von 660 nm Wellenlänge bestrahlt, so erfolgt eine Transformation von Phytochrom II, umgekehrt wird Phytochrom II durch Bestrahlung von Licht mit 730 nm Wellenlänge in Phytochrom I zurückverwandelt. Beim Übergang von Zustand I in Zustand II (und umgekehrt) erfolgt gleichzeitig aufgrund von konformativen Änderungen in der chromophoren Gruppe eine Änderung des infraroten Absorptionsspektrums. Diese intrinsischen Moleküleigenschaften erlauben es, den Übergang des Zustands I in Zustand II (oder umgekehrt) als Datenspeicherung zu nutzen und diese Datenspeicherung durch Messung des geänderten Konformationszustandes im infraroten Bereich abzurufen. Dieser Abruf kann beliebig oft vollzogen werden, da die Energie der infraroten Photonen nicht ausreicht, den Zustand II in I (oder umgekehrt) zu überführen. Andererseits kann eine Datenlöschung durch Einstrahlung von Licht, das der maximalen Absorption des Zustands II entspricht (oder umgekehrt) wieder gelöscht werden. If phytochrome I is irradiated with light of 660 nm wavelength, phytochrome II is transformed; conversely, phytochrome II is converted back into phytochrome I by irradiation of light with 730 nm wavelength. At the transition from state I to state II (and vice versa), a change in the infrared absorption spectrum occurs simultaneously due to conformational changes in the chromophoric group. These intrinsic molecular properties make it possible to use the transition from state I to state II (or vice versa) as data storage and to call up this data storage by measuring the changed conformational state in the infrared range. This call can be carried out as often as desired, since the energy of the infrared photons is not sufficient to convert state II into I (or vice versa). On the other hand, data deletion can be deleted by irradiation with light that corresponds to the maximum absorption of state II (or vice versa).
Wenn auf eine Datenlöschung verzichtet wird (Permanentspeicher ohne Datenlöschung) können chromophore Gruppen verwendet werden, die durch Licht einer bestimmten Wellenlänge in ihrer chemischen Struktur irreversibel verändert oder zerstört werden. Als Beispiel möge eine Matrix aus Diacetylenen dienen, die durch Photonenabsorption im Bereich der Absorption polymerisieren und zum Teil ihre C≡C-Dreifachbindung verlieren:If data is not deleted (permanent storage without data deletion) chromophore groups can be used, that by light of a certain wavelength in its chemical Structure irreversibly changed or destroyed. As an an example may serve a matrix of diacetylenes by photon absorption polymerize in the area of absorption and partly lose their C≡C triple bond:
Die einmal erfolgte Datenspeicherung kann dann über IR-Signale die im vorliegenden Fall den Verlust der C≡C-Dreifachbindung bzw. das Erscheinen von C=C-Doppelbindungen anzeigen würden, beliebig oft abgerufen werden. Als Beispiel für irreversible optische Datenspeicherung mit einem Biomolekül kann das Rhodopsin von Vertebraten angeführt werden, bei dem durch Absorption eines Lichtquants eine Reaktionskaskade eingeleitet wird, die dazu führt, daß das Rhodopsinmolekül in sein Proteinträgermolekül und die chromophore Gruppe (Retinal) zerfällt, begleitet von Absorptionsverschiebungen der chromophoren Gruppe sowohl im sichtbaren als auch im infraroten Wellenlängenbereich. In diesem speziellen Fall kann der Datenabgriff sowohl im infraroten als auch im sichtbaren Bereich erfolgen, da der Chromophor durch Absorption von sichtbarem und infrarotem Licht nicht mehr in den Ausgangszustand zurücktransformiert werden kann. Bei den vorstehend beschriebenen Möglichkeiten irreversibler Umwandlungsprozesse vollzieht sich die Umwandlung durch Photonenabsorption in definierter irreversibler Weise. Es können aber auch undefinierte Umwandlungsvorgänge als Speichervorgänge eingesetzt werden, etwa durch destruktive Elektronenstrahleinwirkung als Speichervorgang.Once data has been saved, it can then be stored using IR signals If the loss of the C≡C triple bond or the appearance of C = C double bonds occurs would be called up as often as required. As an example of irreversible optical data storage with a biomolecule can the rhodopsin are led by vertebrates, in which by Absorption of a light quantum initiated a reaction cascade that leads to the rhodopsin molecule in its protein carrier molecule and the chromophore group (retinal) disintegrates, accompanied by absorption shifts of the chromophoric group both in the visible and in the infrared wavelength range. In this special case, data can be tapped both in the infrared as well as in the visible area because the chromophore by absorbing visible and infrared light can be transformed back into the initial state. With the possibilities of irreversible conversion processes described above the conversion takes place through photon absorption in a defined irreversible manner. But it can also undefined conversion processes are used as storage processes through destructive electron beam exposure as Save process.
Der Datenabruf erfolgt mit einer Infrarotdauerlichtquelle mit möglichst breiter spektraler Verteilung zur Erfassung der integralen Lichtintensitätsänderung oder mit einem monochromatischen sichtbaren Lichtstrahl über den gleichen Lichtspalt, der auch der Speicherung dient oder über einen zweiten dazu parallelen Spalt. Das durch die Scheibe 2, 5 tretende Licht wird auf der Rückseite der Scheibe von einem Detektor 15 registriert, vor dessen Eintrittsspalt die zweite, zur gegenüberliegenden Mikrosonde 3 justierte Mikrosonde 6, angeordnet ist. Damit Durchlichtregistrierung möglich ist, muß die Trägerplatte 2, auf der die Speichermatrix 5 aufgebracht ist, und die die Antriebsachsaufnahme 7 enthält, aus einem sichtbaren lichtdurchlässigen bzw. infrarotlichtdurchlässigem Material bestehen.The data is retrieved with an infrared continuous light source with the widest possible spectral distribution to detect the integral change in light intensity or with a monochromatic visible light beam over the same light gap that is also used for storage or via a second parallel gap. The light passing through the pane 2, 5 is registered on the back of the pane by a detector 15 , in front of the entrance slit of which the second microsensor 6 , which is adjusted to the opposite microsensor 3 , is arranged. So that transmitted light registration is possible, the carrier plate 2 , on which the memory matrix 5 is applied, and which contains the drive axle receptacle 7 , must consist of a visible, translucent or infrared-transparent material.
Die Hohlleitersonden 4 und 6 sind keilförmig ausgebildet und weisen in ihrem schmaleren Ende einen Spalt 8 auf, dessen lichte Spaltbreite a im Nanometer-Bereich liegt und beispielsweise etwa 4 Nanometer beträgt. Der jeweils am rückseitigen Ende befindliche Spalt 9 liegt im Makro-Dimensionsbereich und kann beispielsweise 4 oder 0,4 Mikro-Meter (b) betragen. Dadurch besteht mit diesen Hohlleitersonden die Möglichkeit des optischen, elektrischen, elektronischen oder magnetischen Zugriffes aus makroskopischen Dimensionen in den Mikrobereich bzw. Nanometer-Bereich. Dementsprechend muß die Sonde(n) 4, 6 am Mikroende Moleküldimensionen, also mindestens Abmessungen kleiner als 10 Nanometer besitzen und am Makroende größer als 0,1 Makro-Meter aufweisen, um eine Ankopplung von optischen, elektrischen oder magnetischen Zu- und Ableitsystemen zu erlauben. Die Abtastung der einzelnen Speicherplätze erfolgt dann wie bereits vorerwähnt durch eine Rotationsbewegung der Speicherplatte und eine gleichzeitige radiale Schiebebewegung der Sonde mit einer Positioniergeschwindigkeit im Bereich von einigen Zehntel-Millimeter pro Sekunde bis zu einem Millimeter pro Sekunde.The waveguide probes 4 and 6 are wedge-shaped and have a gap 8 in their narrower end, the clear gap width a of which is in the nanometer range and is, for example, approximately 4 nanometers. The gap 9 located at the rear end is in the macro-dimensional range and can be, for example, 4 or 0.4 micrometers ( b ). As a result, with these waveguide probes there is the possibility of optical, electrical, electronic or magnetic access from macroscopic dimensions into the micro range or nanometer range. Accordingly, the probe (s) 4, 6 must have molecular dimensions, i.e. at least dimensions less than 10 nanometers, at the micro end and greater than 0.1 macro meter at the macro end in order to allow coupling of optical, electrical or magnetic feed and discharge systems . The individual storage locations are then scanned, as already mentioned, by a rotational movement of the storage disk and a simultaneous radial sliding movement of the probe with a positioning speed in the range from a few tenths of a millimeter per second to one millimeter per second.
Bei der auf der Trägerplatte 2 aufgezogenen oder aufkondensierten Molekülmatrix 5 kann deren mechanische Stabilität durch kovalente Vernetzung von Einbettmaterial mit der Trägerplatte 2 oder durch eine Abdeckplatte aus lichtdurchlässigem und nichtmagnetischem Material erzielt werden.In the case of the molecular matrix 5 which is mounted or condensed on the carrier plate 2 , its mechanical stability can be achieved by covalent crosslinking of embedding material with the carrier plate 2 or by a cover plate made of translucent and non-magnetic material.
In Fig. 1 und auch in den Fig. 3 und 5 ist erkennbar, daß beim Austrittsspalt 8 der Hohlleitersonde 4 ein rechtwinklig zum Spalt 8 angeordnetes Parallellichtfilter 13, z. B. einer aus Acrylglas oder Glas bestehenden Lichtleiterplatte angeordnet ist. Dieses Lichtfilter dient als zweidimensionaler Lichtleiter und eliminiert gestreutes oder am Spalt 8 gebeugtes Licht. Dabei wird dieses Streulicht oder gebeugte Licht seitlich zu den Rändern der Platte abgeleitet, so daß im wesentlichen nur senkrecht auf die Platte auftreffendes Licht 14 durchtreten kann. Dadurch wird eine Aufweitung des durch die Hohlleitersonde 4 dimensionierten Lichtbündels verhindert. Die Ränder 22 der Filterplatte 13 sind schwarz eingefärbt. In die Parallellichtfilter-Platte 12 können auch noch Substanzen eingelagert sein, die Elektronenstrahlen in sichtbares Licht umwandeln können, so daß durch die Hohlleitersonde gebündelte Elektronenstrahlen im Parallellichtfilter in sichtbares Licht umgewandelt wird und gleichzeitig parallel Lichtbündel erzeugt werden können. Dadurch kann eine unerwünschte Schädigung der Matrixspeichermoleküle durch Elektronenstrahlen verhindert werden.In Fig. 1 and also in FIGS. 3 and 5 it is seen that at the exit gap 8 of the waveguide probe 4 is a perpendicularly disposed to the gap 8 Parallel light filter 13, z. B. an acrylic glass or glass light guide plate is arranged. This light filter serves as a two-dimensional light guide and eliminates scattered or diffracted light at the slit 8 . This scattered light or diffracted light is diverted laterally to the edges of the plate, so that essentially only light 14 incident on the plate can pass through. This prevents the light bundle dimensioned by the waveguide probe 4 from expanding. The edges 22 of the filter plate 13 are colored black. Substances can also be embedded in the parallel light filter plate 12 , which can convert electron beams into visible light, so that electron beams bundled by the waveguide probe are converted into visible light in the parallel light filter and light bundles can be generated in parallel. This can prevent undesirable damage to the matrix storage molecules by electron beams.
Die Hohlleitersonde 4 bzw. 6 kann nach einem Verfahren hergestellt werden, daß an Hand von Fig. 2 erläutert ist. Dabei wird zunächst eine erste Platte 10, die z. B. aus Glas besteht, auf einer Seite in Langmuir-Technik mit Lipiden oder lipidartigen Molekülen treppenartig beschichtet und anschließend werden auf die Treppenkanten 11 dieser Schichten 12 eine zweite Platte 16 aufgelegt. Durch die Anzahl der Schichten 12 und auch durch deren Treppenabstufung kann einerseits der Keilwinkel und andererseits auch die Spaltbreite des Spaltes 8, der wenige Nanometer beträgt, beeinflußt werden.The waveguide probe 4 or 6 can be produced by a method that is explained with reference to FIG. 2. First, a first plate 10 , the z. B. consists of glass, coated on one side in Langmuir technology with lipids or lipid-like molecules in a step-like manner and then a second plate 16 is placed on the stair noses 11 of these layers 12 . The wedge angle and the gap width of the gap 8 , which is a few nanometers, can be influenced on the one hand by the number of layers 12 and also by their stair gradation.
Anstatt dieser treppenartigen Ausbildung der Schichten 12 können auch eine oder mehrere gleichlange bis zum Ende der Sonde bei dem Spalt 8 reichende (Langmuir-) Schichten 12 aufgetragen werden, die ausschließlich zur Bestimmung der Spaltbreite des Spaltes 8 dienen. Zur Bestimmung des am anderen Ende befindlichen Spaltes 9 können wegen der größeren Dimensionen auch mechanische Abstandhalter in Form eines Plättchens od. dgl. vorgesehen sein.Instead of this step-like configuration of the layers 12 , one or more (Langmuir) layers 12 which extend to the end of the probe at the gap 8 and are used exclusively for determining the gap width of the gap 8 can also be applied. To determine the gap 9 located at the other end, mechanical spacers in the form of a plate or the like can also be provided because of the larger dimensions.
Beim Aufbringen der Schichten 12 nach dem Langmuir-Verfahren, werden Lipid-Schichten z. B. Stearatschichten in Eintauch- und Ausziehtechnik aufgetragen. Durch systematische Änderung der Eintauchtiefen werden die bipolaren Lipidschichten mit jeweils etwa 4 Nanometer Dicke stufen- oder treppenartig aufgetragen. Beispielsweise kann dabei bei 100 Schichten ein Dickeunterschied zur ersten Platte 10 zwischen der ersten und der hundersten Stufe von 4 Nanometer bis 0,4 Mikrometer entstehen. Nach dem Auflegen der zweiten Platte 16, werden die beiden Platten durch Kunststoffeinlagerungen an den seitlichen Randpartien gegeneinander fixiert. Anschließend werden die Stearatschichten 12 herausgelöst, so daß dann ein Hohlleiter höchster Präzision entsteht.When applying the layers 12 by the Langmuir method, lipid layers are e.g. B. Stearate layers applied in immersion and exhaust technology. By systematically changing the immersion depths, the bipolar lipid layers, each about 4 nanometers thick, are applied in steps or steps. For example, in the case of 100 layers, a difference in thickness from the first plate 10 between the first and the hundredth stage of 4 nanometers to 0.4 micrometers can arise. After placing the second plate 16 , the two plates are fixed against each other by plastic inclusions on the lateral edge parts. Then the stearate layers 12 are detached so that a waveguide of the highest precision is then produced.
In Fig. 3 ist noch eine Maßnahme zur Eingrenzung der Länge des Spaltes 8 der Hohlleitersonde 4 erkennbar. Dazu dient ein weiterer Hohlleiterspalt 17, der gekreuzt zu dem Hohlleiterspalt 8 angeordnet ist. Gemäß Fig. 3 ist der Hohlleiterspalt 17 als Schlitzblende mit planparallelen Platten 18 gebildet, wobei der Abstand dieser beiden Platten 18 durch Beschichtung in Langmuir-Technik und den weiteren Verfahrensschritten etwa vergleichbar mit denen bei der Herstellung der Hohlleitersonde 4 bestimmt wird.In Fig. 3 is another measure to limit the length of the gap 8 of the waveguide probe 4 recognizable. For this purpose, another waveguide gap 17 is used , which is arranged crossed to the waveguide gap 8 . Referring to FIG. 3 of the waveguide gap 17 is formed as a slit diaphragm with plane-parallel plates 18, whereby the distance between these two plates 18 by coating in Langmuir technique, and further comprising the steps is approximately comparable determined with those in the preparation of the waveguide probe 4.
Je nach Plattenabstand des zweiten Hohlleiterspaltes 17 kann der Speicherplatzbedarf bis auf etwa 10 nm × 10 nm eingegrenzt werden. Dadurch würde sich eine Kapazität von 1012 Speicherplätzen pro cm2 ergeben, d. h. ein Tera-Byte pro cm2.Depending on the plate spacing of the second waveguide gap 17 , the storage space requirement can be limited to approximately 10 nm × 10 nm. This would result in a capacity of 10 12 memory locations per cm 2 , ie one tera byte per cm 2 .
Damit eine diskrete Speicherplatzbelgung auf der homogenen Matrix erfolgen kann, muß die Speichersignalfrequenz so abgestimmt sein, daß die Pulsdauer der Fortschreitungszeit auf der Spiralspur der Molekülmatrix 5 einer Speicherplatzbreite von 10 nm entspricht. Dieser Forderung entspricht eine Taktzeit der Signalpulse von 100 Pico-Sekunden.So that a discrete storage space occupancy can take place on the homogeneous matrix, the storage signal frequency must be coordinated such that the pulse duration of the propagation time on the spiral track of the molecular matrix 5 corresponds to a storage space width of 10 nm. This requirement corresponds to a cycle time of the signal pulses of 100 pico seconds.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung, die mit Partikelstrahlung z. B. mit Elektronen, Protonen oder Alpha-Teilchen arbeitet. Um eine seitliche "Streuung" der Partikelstrahlung nach Austritt aus dem Spalt 8 zu vermeiden, sind dort elektrisch aufladbare Fokussierplatten 19 einander gegenüberliegend angeordnet. Gegebenenfalls können hier auch noch weitere rechtwinklig zu den Fokussierplatten 19 angeordnete Fokussierplatten vorgesehen sein. Fig. 6 shows an arrangement which with z. B. works with electrons, protons or alpha particles. In order to avoid lateral “scattering” of the particle radiation after emerging from the gap 8 , electrically chargeable focusing plates 19 are arranged opposite one another there. If necessary, further focusing plates arranged at right angles to the focusing plates 19 can also be provided here.
Eine abgewandelte Form eines im ganzen mit 1 a bezeichneten Datenspeichers zeigt Fig. 7. Hierbei werden für das physikalische Störverfahren zur Veränderung des molekularen Zustandes der Moleküle elektrische oder magnetische Felder verwendet. In diesem Fall ist die Sonde zur Informationseingabe und/oder Abnahme und/oder zur Löschung durch einander gegenüberliegende, beidseitig der Speichermatrix 5 angeordnete, keilförmige Pole 20 gebildet. Das der Speichermatrix zugewandte Ende der keilförmigen Pole 20 weist dabei, etwa vergleichbar mit den Hohlleitersonden 4 und 6 aus Fig. 1 eine Breite im Nanometer-Dimensionsbereich, z. B. 4 Nanometer und das abgewandte Ende eine Breite im Makrodimensionsbereich (z. B. 4 Mikrometer) auf. FIG. 7 shows a modified form of a data memory designated overall by 1 a . In this case, electrical or magnetic fields are used for the physical interference method for changing the molecular state of the molecules. In this case, the probe for information input and / or acceptance and / or for deletion is formed by opposed wedge-shaped poles 20 arranged on both sides of the memory matrix 5 . The end of the wedge-shaped poles 20 facing the storage matrix has a width in the nanometer dimension range, for example comparable to the waveguide probes 4 and 6 from FIG . B. 4 nanometers and the opposite end a width in the macro dimension range (z. B. 4 microns).
Die Herstellung der Pole 20 kann unter Verwendung der keilförmigen Hohlleitersonden 4 bzw. 6 erfolgen, die dazu praktisch als "Fertigungsform" verwendet werden. Dabei wird in die Hohlleitersonde elektrolytisch Metall abgeschieden und anschließend kann bedarfsweise die "Fertigungsform" entfernt werden. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, daß sie mit dem Pol 20 verbunden bleibt. Auch bei diesen Polen 20 können an den der Molekülmatrix 5 zugewandten Enden ein oder mehrere Fokussierplatten-Paare angeordnet sein, wie dies in Fig. 7 angedeutet ist.The poles 20 can be produced using the wedge-shaped waveguide probes 4 and 6 , which are practically used for this purpose as a “production mold”. In the process, metal is deposited electrolytically into the waveguide probe and the “production mold” can then be removed if necessary. On the other hand, there is also the possibility that it remains connected to the pole 20 . With these poles 20 too, one or more pairs of focusing plates can be arranged at the ends facing the molecular matrix 5 , as is indicated in FIG. 7.
Bei Verwendung von Magnetfeldern sei noch auf folgendes hingewiesen: Molekulare Permanentmagnete sind aus der Biologie bekannt.When using magnetic fields, the following should also be noted: Molecular permanent magnets are known from biology.
Ein Proteinmolekül mit magnetischen Eigenschaften ist das sogenannten Ferritin, ein Enzyn-Molekül mit ca. 950 Eisenatomen als Kern. Solche stark eisenhaltigen Molekülen mit Dimensionen im Bereich von 5 bis 10 Nanometern können als Permanentmagnet Einheiten eines Magnetspeichers dienen. Die freie Rotationsdiffusion solche Moleküle kann durch vernetzte Kunststoff- oder Lipid-Moleküle als Einbettungsmaterial verhindert oder eingeschränkt werden.A protein molecule with magnetic properties is the so-called ferritin, an enzyme molecule with approx. 950 iron atoms as the core. Such high iron molecules with dimensions in the range of 5 to 10 nanometers can be used as a permanent magnet Serve units of a magnetic memory. The free rotation diffusion such molecules can be cross-linked by plastic or Prevents or limits lipid molecules as embedding material will.
Bei elektrischen Feldern eignen sich zur Erzeugung ortsgebundener elektrischer Ladungen in der Speichermatrix in besonderer Weise gebundene positive Ladungen, also Kation-Speicherplätze, die durch Lichtabsorption oder durch Spannungsstöße erzeugt werden können und durch ein angelegtes elektrisches Permanentfeld oder durch eine Elektronensperre aufrecht erhalten werden können. Für solche translatorisch immobilen Kationenspeicher können sowohl Biomoleküle wie z. B. Cytochrome, Hämoglobin, eisenhaltige Redoxproteine oder manganhaltige Proteine, als auch an eine Kunststoffmatrix kovalent gebundene, mehrwertige Kationen benutzt werden.In the case of electrical fields, they are suitable for the generation of stationary electrical charges in the storage matrix in a special way bound positive charges, i.e. cation storage locations, by Light absorption or voltage surges can be generated and by an applied permanent electric field or by an electron lock can be maintained. For such Translationally immobile cation storage can be both biomolecules such as B. cytochrome, hemoglobin, iron-containing redox proteins or manganese-containing proteins, as well as on a plastic matrix covalently bound, multivalent cations are used.
Erwähnt sei, daß die Fokussierplatten 19 bzw. die planparallelen Platten für den Hohlleiterspalt 17 mit Hilfe der bereits vorbeschriebenen Aufziehtechnik (Langmuir) gefertigt werden. Die als Schlitzblende dienende Platten 18 bestehen dabei vorzugsweise aus Glas, während die Fokussierplatten 19 innen metallisierte Oberflächen aufweisen. Die Fokussierplatten 19 werden nach der Herstellung über die Sonden geschoben und durch Kunststoffeinlagerungen auf Distanz gehalten und bei den Polen 20 auch gleichzeitig elektrisch isoliert, so daß eine Gegenladung für die Feldeingrenzung der Pole angelegt werden kann.It should be mentioned that the focusing plates 19 and the plane-parallel plates for the waveguide gap 17 are manufactured with the aid of the previously described mounting technique (Langmuir). The plates 18 serving as a slit diaphragm are preferably made of glass, while the focusing plates 19 have metallized surfaces on the inside. After production, the focusing plates 19 are pushed over the probes and kept at a distance by plastic inclusions and at the poles 20 are also electrically insulated at the same time, so that a counter-charge can be applied for the field limitation of the poles.
Alle in der Beschreibung den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.All shown in the description of the claims and the drawing Features can be used individually as well as in any Combination with each other be essential to the invention.
Claims (39)
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DE19863607932 DE3607932A1 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Data store, and process for producing a data store and a probe for information input and removal as well as erasure |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19863607932 DE3607932A1 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Data store, and process for producing a data store and a probe for information input and removal as well as erasure |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE3607932A1 true DE3607932A1 (en) | 1987-09-17 |
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ID=6295979
Family Applications (1)
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DE19863607932 Withdrawn DE3607932A1 (en) | 1986-03-11 | 1986-03-11 | Data store, and process for producing a data store and a probe for information input and removal as well as erasure |
Country Status (1)
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- 1986-03-11 DE DE19863607932 patent/DE3607932A1/en not_active Withdrawn
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