Вчені відкрили новий механізм зберігання інформації
Вчені з Університету Радбуда відкрили новий механізм магнітного зберігання інформації в найдрібнішій одиниці речовини-одному атомі. У той час як доказ принципу було продемонстровано при дуже низьких температурах, цей механізм показує перспективи для роботи при кімнатній температурі. Таким чином, можна буде зберігати в тисячі разів більше інформації, ніж в сучасних жорстких дисків. Їх висновки опубліковані в Nature Communications.
Оскільки наша нинішня обчислювальна архітектура не стає набагато швидше і використовує багато енергії у поєднанні зі зростанням вимог до зберігання інформації, дослідники зацікавлені в нових стратегіях зберігання більшої кількості інформації енергоефективним способом. Одним з можливих шляхів є зберігання інформації в межі масштабування: один атом. "Комп'ютери досягли принципових обмежень щодо того, наскільки краще вони можуть отримати, створюючи величезний попит на матеріали дослідження альтернатив. Сучасні комп'ютери споживають багато електроенергії, в даний час вимагаючи більше 5 відсотків електроенергії в світі. Фундаментальна наука говорить, що ми можемо отримати набагато більше в енергоефективності. Ми фокусуємо на дуже основному компоненті самомоднейших комп'ютерів: біт пам'яті. Ми використовуємо атоми, тому що вони є найменшою одиницею матерії, а також дозволяють нам глибше зрозуміти фундаментальну науку, яка лежить в основі їх поведінки. Наш поточний питання: як ми можемо зберігати інформацію в межах одного атома і наскільки стабільно ми можемо зробити цю частину інформації?", пояснює перший автор Брайан Кіралі.
Атоми повинні припинити гортати для зберігання інформації
Коли Ви дійдете до рівня одного атома, атоми, які є магнітними, більше не залишаються стабільними. "Те, що визначає постійний магніт є те, що він має північний і Південний полюс, який залишається в тій же орієнтації," професор скануючої зондової мікроскопії Олександр Хайетери пояснює, "але коли ви зійдете на один атом, на Північному і Південному полюсах атома починають перевертати і не знаєте, в якому напрямку вони повинні вказати, як вони стають надзвичайно чутливі до свого оточення. Якщо ви хочете, щоб магнітний атом містив інформацію, він не може перевернутися. Протягом останніх десяти років дослідники запитували: для того, щоб атом перестав перевертатися, скільки атомів необхідно для стабілізації Магніту і як довго він може утримувати інформацію, перш ніж він знову перекинеться? За останні два роки вчені Лозанни і IBM Almaden з'ясували, як утримати атом від перевертання, показавши, що один атом може бути пам'яттю. Для цього дослідникам довелося використовувати дуже низькі температури, 40 кельвінів або -233 градуси Цельсія. Ця технологія обмежена до вельми-низькій температурі."
Вчені з Університету Радбуда прийняли інший підхід. Вибравши спеціальну підкладку-напівпровідниковий чорний фосфор-вони відкрили новий спосіб зберігання інформації всередині одиничних атомів кобальту, який обходить загальноприйняті проблеми нестабільності. Використовуючи скануючий тунельний мікроскоп, де гострий металевий наконечник переміщається по їх поверхні всього на кілька атомів, вони могли "бачити" окремі атоми кобальту на поверхні чорного фосфору. З-за надзвичайно високого дозволу і особливих властивостей матеріалу вони безпосередньо показали, що поодинокі атоми кобальту можуть бути перетворені в одне з двох бітових станів.
Більш висока стабільність, ніж минулі магніти
Електрони в атомі обертаються навколо ядра, але також "обертаються" самі по собі, подібно до того, як Земля обертається навколо Сонця, так і навколо своєї осі. Загальна кількість його обертань, або його кутовий момент, це те, що дає нам магнетизм. "Замість цього спінового кутового моменту, який використовували попередні дослідники, ми знайшли спосіб зробити різницю в енергії між кількома орбіталей атома кобальту і тепер використовуємо орбітальний кутовий момент для нашої атомної пам'яті. Це має набагато більш енергетичний бар'єр і могло бути життєздатним для того, щоб зробити одиночну стайню пам'яті атома на кімнатній температурі.
Зрештою, це все-таки магніт з кутовим моментом, але ми тепер можемо керувати атомом від 0 до 1 стану, який має значно більшу стабільність, ніж інші магніти", - говорить Кірали. "Коли ми вперше провели експеримент і побачили це двійкове перемикання, ми не були впевнені, що відбувається. В прекрасному співпраці з теоретиками з Університету Радбуда Мішею Кацнельсоном і Сашею Руденко ми змогли відзначити, що ми спостерігали орбітальний момент атома і створили нову пам'ять", - додає Хайетери.
Зберігати в тисячу разів більше інформації
Прямо зараз, елементи, які зберігають біти жорсткого диска все ще в тисячу разів більше, ніж атом. Хайетери: "ця робота означає, що якщо б ми могли створити справжній жорсткий диск з усіх цих атомів – а ми все ще далекі від цього – ви могли б зберігати в тисячі разів більше інформації."
Джерела: Університет Радбуда, Nature Communications
