211service.com
Pamięć magnetyczna zminiaturyzowana do zaledwie 12 atomów
Najmniejszy bit pamięci magnetycznej, jaki kiedykolwiek powstał — agregacja zaledwie 12 atomów żelaza stworzona przez naukowców z IBM — pokazuje ostateczne ograniczenia przyszłych systemów przechowywania danych.
Zróbmy małe: Ten obraz ze skaningowego mikroskopu tunelowego przedstawia grupę 12 atomów żelaza, najmniejszego bitu pamięci magnetycznej, jaki kiedykolwiek powstał.
Elementy pamięci magnetycznej nie działają w taki sam sposób, jak dzisiejsze dyski twarde i teoretycznie mogą być znacznie mniejsze, nie stając się niestabilne. Macierze do przechowywania danych wykonane z tych bitów atomowych byłyby około 100 razy gęstsze niż wszystko, co można dziś zbudować. Ale 12 atomów tworzących każdy bit musi być skrupulatnie zmontowany za pomocą drogiego i złożonego mikroskopu, a bity mogą przechowywać dane tylko przez kilka godzin i w niskich temperaturach zbliżających się do zera absolutnego, więc maleńkie elementy pamięci nie zostaną znalezione u konsumenta urządzenia w najbliższym czasie.
Ponieważ branża półprzewodników napotyka ograniczenia skalowania poprzez zmniejszanie urządzeń pamięciowych i obliczeniowych, grupa badawcza IBM Almaden, kierowana przez Andreas Heinrich , pracuje z drugiej strony, budując elementy obliczeniowe atom po atomie w laboratorium.
Technologia niezbędna do produkcji na dużą skalę w skali pojedynczego atomu jeszcze nie istnieje. Dzisiaj, mówi Heinrich, pytanie brzmi: Co chciałbyś zbudować na skali atomów do przechowywania i obliczeń danych w odległej przyszłości?
Gdy inżynierowie miniaturyzują konwencjonalne urządzenia, odkrywają, że fizyka kwantowa, której nigdy nie trzeba było uwzględniać w przeszłości, sprawia, że urządzenia są mniej stabilne. Na przykład, gdy konwencjonalne bity pamięci magnetycznej są miniaturyzowane, pole magnetyczne każdego bitu zaczyna wpływać na jego sąsiadów, osłabiając zdolność każdego bitu do utrzymywania wartości 1 lub 0.
Naukowcy z IBM odkryli, że można ominąć ten problem, używając grup atomów, które wykazują inny rodzaj magnetyzmu. Kluczem, mówi Heinrich, jest spin magnetyczny każdego pojedynczego atomu.
W konwencjonalnych magnesach, niezależnie od tego, czy są znalezione z notatką na lodówce, czy w tablicy do przechowywania danych, spiny magnetyczne atomów są wyrównane. To właśnie to ustawienie prowadzi do niestabilności, gdy elementy pamięci magnetycznej są miniaturyzowane. Naukowcy z IBM stworzyli swoje maleńkie elementy pamięci, układając atomy żelaza, których spiny były przeciwstawne.
Naukowcy zarówno skonstruowali, jak i zapisali dane do maleńkich elementów pamięci za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego, urządzenia opracowanego w IBM Zürich w 1981 roku. Ten mikroskop ma bardzo cienką sondę przewodzącą, którą można wykorzystać do obrazowania powierzchni i przesuwania poszczególnych atomów.
Heinrich mówi, że jego zespół odkrył, że może on tworzyć pamięć antyferromagnetyczną przy użyciu mniej niż 12 atomów, ale te były mniej stabilne. Dzięki 12 atomom elementy pamięci są zgodne z fizyką klasyczną, a impulsy odczytu i zapisu podawane przez sondę mikroskopu są podobne do tych stosowanych w dzisiejszych dyskach twardych. Badania te są dziś opisane w czasopiśmie Nauka .
Każda realistyczna technologia nieulotnego przechowywania danych musi być w stanie przechowywać dane przez 10 lat w temperaturach znacznie przekraczających temperaturę pokojową, mówi Wiktor Żyrnow , naukowiec z Semiconductor Research Corporation, który nie był zaangażowany w prace. Bity IBM mogą utrzymywać 1 lub 0 tylko przez kilka godzin i tylko w bardzo niskich temperaturach, ale Heinrich mówi, że powinno być możliwe zwiększenie ich stabilności do pracy w bardziej realistycznych temperaturach poprzez użycie 150 atomów na bit zamiast 12 — wciąż maleńka liczba w porównaniu z istniejącymi formami pamięci.
Jednak stworzenie realistycznej technologii nie było celem obecnej pracy, mówi Heinrich. Jego celem jest zbadanie, czy inne rodzaje elementów obliczeniowych mogą być wykonane z kilku atomów, być może poprzez objęcie kwantem. Musimy być na tyle dalekowzroczni, aby nie martwić się o kolejny krok, ale przeskoczyć do czegoś potencjalnie rewolucyjnego, mówi.