Молекулы – вчерашний день. Специалисты исследовательской лаборатории IBM
, расположенной в испанском городе Альма-ден, готовы перевернуть устоявшиеся представления о способах хранения данных, предложив концепцию атомарного запоминающего устройства. Им удалось намагнитить атом и сохранить на него один бит информации.
Речь идет об атоме гольмия – металле светло серого цвета, который относится к редкоземельным элементам. Он обладает наивысшим коэффициентом притяжения любого материала природного происхождения.
Исследователи соединили атом гольмия с поверхностью, покрытой окисью магния, стабилизирующей полюса и сопротивляющейся контакту с ближайшими магнитами. Значения 1 и 0 определяются полярностью магнита.
Значения битов записываются посредством электрического тока, пропускаемого через наконечник иглы сканирующего туннельного микроскопа (СТМ). Считывание записанного значения бита производится туннельным магнитосопротивлением, измеряющим ток, проводимый атомом железа (используется как сенсор), с помощью квантово-механического эффекта спинового резонанса.
Рис. Экспериментальная система ESR-STM
Процесс детально описан в статье «Atomic-scale sensing of the magnetic dipolar field from single atoms», опубликованной в научном журнале Nature Nanotechnology.
Для целей этого исследования использовался сканирующий туннельный микроскоп или наноскоп, охлаждаемый жидким гелием для сохранения полярности атомов и обеспечения качества/надёжности чтения и хранения данных. Подобный атом также может работать в условиях вакуума для минимизации влияния молекул воздуха и прочих факторов.
Как долго атомы сохраняют значения битов? В аннотации к статье авторы исследования пишут следующее: «Мы демонстрируем процесс записи и считывания отдельных атомов гольмия на поверхности, покрытой окисью магния и подтверждаем, что они способны хранить информацию в течение нескольких часов».
Результаты исследований также подтверждают, что два магнитных атома можно записать и считать отдельно, если их разделяет расстояние в один нанометр.
Подобная высокая магнитная стабильность наряду с возможностью электрического считывания и записи подтверждает возможность создания магнитной памяти. Демонстрация магнитной би-стабильности в единичном молекулярном магните с одним редкоземельным атомом подтверждает потенциальную эффективность ядра отдельного атома в перспективных системах хранения данных.
Практическая реализация данной концепции позволит создать запоминающее устройство, объём памяти которого будет превышать возможности современных жёстких дисков и твердотельных накопителей (SSD) в 10 тыс. раз.
Доктор Андреас Хайнрих, сотрудник Института фундаментальных наук (IBS) в Южной Корее, ранее работавший в IBM, напомнил, что величина запоминающего устройства не может быть меньше атома. Именно максимальная компактность и станет отличительной чертой перспективных запоминающих устройств – один бит на один магнитный атом. По замыслу авторов исследования, перспективное запоминающее устройство станет более компактным и надёжным по сравнению с современными системами хранения данных.
