Was, wenn die winzigen Mängel in einem Material, die Ingenieure seit jeher zu vermeiden suchen, in Wahrheit ein ungenutztes Potenzial darstellen? Genau dieser Frage sind Forscher des Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering (NIMTE) im chinesischen Ningbo nachgegangen. Ihre Antwort, veröffentlicht im renommierten Fachmagazin Nature Materials, könnte die Art und Weise, wie wir über die Entwicklung von Elektronik denken, grundlegend verändern.

Die Wissenschaftler haben einen Weg gefunden, gezielt herbeigeführte „Unvollkommenheiten“ in einem Material zu nutzen, um die Energieeffizienz von spintronischen Bauteilen um das Dreifache zu steigern. Das ist ein bemerkenswerter Fortschritt auf einem Gebiet, das ohnehin als große Hoffnung für die Elektronik der Zukunft gilt.

Vom Problem zur Lösung: Der Spintronik-Ansatz

Die Spintronik gilt als eine der vielversprechendsten Technologien für das Zeitalter nach dem Silizium. Anstatt wie bei herkömmlichen Chips nur die elektrische Ladung von Elektronen für die Datenverarbeitung zu nutzen, bezieht die Spintronik eine weitere Quanteneigenschaft ein: den Spin der Elektronen, eine Art inneren Eigendrehimpuls.

Doch die Forschung stieß bisher auf einen hinderlichen Kompromiss. Materialfehler konnten zwar das Schreiben von Daten erleichtern, erhöhten aber zugleich den elektrischen Widerstand und damit den Energieverbrauch. Das Team aus China konzentrierte sich nun auf einen verwandten Quanten-Effekt, den sogenannten Orbital-Hall-Effekt. Dieser beschreibt die Bewegung von Elektronen um den Atomkern.

Hier entdeckten die Forscher einen unkonventionellen Mechanismus in dem Material Strontiumruthenat. Vereinfacht ausgedrückt, führen bestimmte Streuprozesse an den Materialdefekten nicht zu einem Leistungsverlust, sondern verlängern die „Lebensdauer“ des orbitalen Impulses. Das Resultat ist ein stärkerer orbitaler Strom, der für das Schalten von magnetischen Zuständen genutzt werden kann.

Ein neues Regelwerk für das Chipdesign

„Diese Arbeit schreibt im Grunde das Regelwerk für das Design dieser Bauteile neu“, erklärt Prof. Zhiming Wang, einer der korrespondierenden Autoren der Studie, laut einer Mitteilung, die ScienceDaily veröffentlichte. „Anstatt Materialunreinheiten zu bekämpfen, können wir sie nun ausnutzen.“

Seine Kollegin Dr. Xuan Zheng, eine der Erstautorinnen, ergänzt, dass diese Streuprozesse, die „normalerweise die Leistung beeinträchtigen, tatsächlich die Lebensdauer des Bahndrehimpulses verlängern und dadurch den orbitalen Strom verstärken“. Diese Erkenntnis ist der Kern des Durchbruchs.

So vielversprechend diese Ergebnisse klingen, so klar ist auch der potenzielle Haken. Es handelt sich um Grundlagenforschung, die unter Laborbedingungen stattgefunden hat. Der Weg von einer dreifachen Effizienzsteigerung auf einem experimentellen Chip bis hin zu einer zuverlässigen Massenproduktion für den Markt ist erfahrungsgemäß lang, komplex und kostenintensiv.

Dennoch ist die Entdeckung mehr als nur ein weiterer akademischer Erfolg. Sie stellt ein etabliertes Paradigma in der Materialwissenschaft infrage – nämlich, dass Perfektion und Reinheit immer das oberste Ziel sein müssen. Sollte sich der Ansatz als skalierbar erweisen, könnte er die Entwicklung von extrem schnellen und energieeffizienten Speichern wie MRAMs beflügeln und damit künftigen KI-Anwendungen oder mobilen Geräten zugutekommen.

Dieser Beitrag ist zuerst bei t3n.de erschienen.

(jle)

Im vergangenen Jahr hat die Universität Melbourne über WLAN-Standortdaten Studenten nach Protesten identifiziert. Jetzt hat ein Datenschutzbeauftragter des australischen Bundesstaates Victoria festgestellt, dass die Nutzung dieser Daten eine Verletzung der Privatsphäre darstellte.

Die Universität nutzte Videoaufnahmen von Überwachungskameras (Closed-Circuit Television, CCTV) und WLAN-Standortdaten, um die Studierenden zu identifizieren. Nun wurde zum einen untersucht, ob die Universität Studierende und Mitarbeitende hinreichend informiert hatte, wie ihre persönlichen Daten – in Form von WLAN-Standortdaten und E-Mails – verwendet wurden. Zum anderen stellte sich die Frage, ob die Datennutzung zur Identifizierung einen „genehmigten sekundären Zweck“ darstellte.

Im Juli 2024 fanden Sitzblockaden in der Universität Melbourne statt. Die Universität wies die Studierenden darauf hin, das Gebäude zu verlassen. Ansonsten drohte die Universität mit Disziplinarmaßnahmen wie Suspendierung oder die Meldung an die Polizei. 22 Personen blieben sitzen.

Nutzung von WLAN-Standortdaten zählt als Datenmissbrauch

Der Informationsbeauftragte stellte fest, dass die Nutzung von CCTV keine Verletzung der Privatsphäre darstellte, das Nutzen von WLAN-Standortdaten jedoch schon, da die Richtlinien der Universität nicht detailliert genug waren. Im Bericht steht: „Die Studenten wussten nicht, warum ihre WLAN-Standortdaten erfasst wurden, geschweige denn, wie diese verwendet werden könnten. Sie konnten keine fundierte Entscheidung darüber treffen, ob sie das WLAN-Netzwerk während der Sitzblockade nutzen wollten, und waren sich der möglichen Konsequenzen einer solchen Nutzung nicht bewusst.“

Im Laufe der Ermittlungen änderte die Universität ihre Richtlinien bezüglich der Nutzung von Standortdaten, inklusive der sekundären Nutzung. Das Amt des Datenschutzbeauftragten beschloss daher, keine formelle Aufforderung zur Einhaltung der ursprünglichen Vorschriften zu erlassen. Es will lediglich weiter prüfen, ob diese ihren Verpflichtungen nachkommt.

(mma)

Der weltweit zweitgrößte Speicherhersteller SK Hynix erweitert seine NAND-Flash-Generation V9 um eine QLC-Version, die vier Bit pro Zelle speichert (Quadruple Level Cells). Sie folgt zwei Jahre nach der Vorstellung der TLC-Variante (Tiple Level Cells mit drei Bit). Die QLC-Version verdoppelt die Speicherkapazität pro Chip von einem auf zwei Terabit – wahrscheinlich einhergehend mit einer Vergrößerung der Chips.

Auch der jüngste Ableger arbeitet mit 321 Speicherlagen pro Chip. Schon vier solcher Chips übereinandergestapelt ergibt einen Baustein mit einem Terabyte Kapazität. 16 Chips ergäben 4 TByte auf kleiner Fläche.

PC-SSDs zuerst dran

Aktuell fährt SK Hynix die Serienproduktion der neuen QLC-Chips hoch. Im ersten Halbjahr 2026 sollen damit erste Produkte erscheinen. Der Hersteller verkauft seine Chips auch an Dritthersteller, die keinen eigenen Speicher produzieren. Als Erstes sind laut Mitteilung PC-SSDs dran. Der Fokus von QLC-Speicher liegt auf hoher Kapazität zulasten der Performance gegenüber TLC. Womöglich sind so etwa 30 mm kurze M.2-SSDs mit 4 TByte Kapazität drin – bisher ist bei 2 TByte Schluss.

Langfristig liegt der Fokus allerdings wie typisch für QLC auf SSDs für Rechenzentren mit hoher Kapazität. Auch SK Hynix will so vornehmlich in Rechenzentren fürs KI-Training landen.

Mehr interne Speicherbereiche

Während die Anzahl der Speicherlagen zwischen den QLC- und TLC-Versionen identisch bleibt, organisiert SK Hynix den internen Aufbau um: Die Zellen sind jetzt in sechs statt vier Speicherbereiche (Planes) aufgeteilt. Jeder Bereich lässt sich parallel beschreiben und auslesen, was die Performance und damit die Transferschwächen von QLC kaschieren soll.

Der Hersteller verspricht gegenüber seinen bisherigen QLC-Bausteinen eine um 56 Prozent verbesserte Schreibgeschwindigkeit und 18 Prozent höhere Leseleistung. Die Energieeffizienz soll um 23 Prozent steigen.

(mma)