Біт з 12 атомів - черговий тріумф закону Мура

Корпорація IBM оголосила про те, що після п'яти років досліджень їй вдалося скоротити число атомів, необхідних для представлення одного біта даних, з мільйона до дванадцяти.

Досконалий прорив дозволить виробникам обладнання налагодити випуск продуктів, ємність яких на кілька порядків буде перевершувати ємність сьогоднішніх жорстких дисків і флеш-накопичувачів.

«Навіть при дуже консервативному підході виробників замість 1 Тбайт ви зможете зберігати на пристрої 100-150 Тбайт, - зауважив провідний дослідник проекту Андреас Хайнріх. - У користувачів з'явиться можливість помістити на одному пристрої не тільки всі свої пісні, а й всю наявну в них відео ».

Сучасні пристрої зберігання використовують феромагнітні матеріали з магнітними моментами атомів, орієнтованими в одному напрямку.

Дослідники з IBM використовували незвичайну форму магнетизму - антиферомагнетизм, при якому спини атомів мають різні напрямки. Це дозволило вченим створити на атомному рівні експериментальну пам'ять, яка володіє принаймні в 100 разів більш високою щільністю в порівнянні з існуючими накопичувачами на жорстких дисках і твердотільними дисками.

Теоретично технологія може бути застосована і до стрічкових накопичувачів.

В основі досліджень лежать дуже складні методи, але результати виявилися досить прості. Вони підпорядковуються старим правилом, згідно з яким «протилежності притягуються».

Замість сьогоднішніх методів, відповідно до яких атоми заліза повинні мати однакову поляризацію, що приводить до збільшення відстані між ними, дослідники IBM створили атоми з протилежного намагніченістю, що забезпечує додаткове тяжіння атомів один до одного.

«Закон Мура, по суті, є двигуном галузі, - заявив Хайнріх. - Щільність розміщення компонентів постійно збільшується. Розробникам доводиться вирішувати нові інженерні завдання, але головні концепції залишаються незмінними. Основні принципи зберігання магнітних даних і роботи транзисторів не змінювалися протягом останніх 20 років. Закон Мура перестане діяти, коли розмір елемента зменшиться до одного атома. До цього ми і йдемо ».

Почавши з одного атома заліза, дослідники за допомогою скануючого тунельного мікроскопа стали міняти магнітну інформацію сусідніх атомів. В кінцевому підсумку їм вдалося добитися стійкого зберігання одного біта магнітної інформації в 12 атомах. Після цього наконечник скануючого тунельного мікроскопа був використаний для перемикання значень в бітах з нуля на одиницю і назад. Таким чином, у дослідників з'явилася можливість зберігання закодованих за потрібне чином даних.

Дослідники з IBM проводили експерименти з атомами заліза, розміщеними на підкладці з нітрату міді. При використанні інших матеріалів для зберігання 1 біт даних теоретично може знадобитися ще менше атомів.

Корпорація IBM оголосила про те, що після п'яти років досліджень їй вдалося скоротити число атомів, необхідних для представлення одного біта даних, з мільйона до дванадцяти

Мініатюрне сховище даних, створене з антиферомагнетика на атомному рівні. Двійкове подання букви S (01010011) - масив, який об'єднує вісім атомів заліза в стані Нееля. Ілюстрація: IBM Research

Згодом 86 атомів були об'єднані в 1 байт, за допомогою якого можна закодувати букву або цифру. Першим словом, складеним за допомогою нової технології, стало слово THINK. Для цього треба було 5 байт інформації або 400 намагнічених атомів.

«При зберіганні магнітних даних на атомному рівні вони займають менше місця, ніж один звичайний біт», - підкреслив Хайнріх.

Досконалий вченими прорив має скоріше теоретичне, ніж практичне значення. Виробники засобів зберігання поки не збираються випускати пристрої, які будуть змінювати значення бітів даних за допомогою скануючого тунельного мікроскопа.

Але зате дослідження показали, що навколишнє середовище зберігання може мати набагато більш високу щільність, ніж зараз.

«Поглянувши під мікроскопом на елемент зберігання даних в твердотільному накопичувачі або жорсткому диску, ви побачите, що кожен біт складається з мільйонів атомів, - зазначив Хайнріх. - Таким чином, є простір для подальшого вдосконалення ».

За прогнозами Гайнріха, на розробку пристроїв, що використовують новий метод зберігання даних IBM, знадобиться п'ять-десять років. Але, незважаючи на настільки віддалені перспективи, результати досліджень мають дуже велике значення, оскільки вчені довели, що обмеження, які раніше вважалися теоретичним межею, насправді сильно перебільшені.

"Використання атомів заліза на підкладці з нітриту міді, звичайно, далеко від реальних технологій, - визнав Хайнріх. - Навряд чи хтось захоче робити це за допомогою засобів, які застосовувались нами. Це були дослідні інструменти. Для організації масового виробництва потрібні дешеві технології, а їх виробництво є дуже складну інженерну задачу ».

Антиферомагнетики - не єдиний проект організації зберігання даних, над яким сьогодні працює IBM. У минулому році корпорація представила першу схему Racetrack Memory, на основі якої в перспективі можливе створення кремнієвих чіпів, які можна порівняти з ємності з сучасними жорсткими дисками, а по стійкості і продуктивності - з флеш-накопичувачами. За словами Гайнріха, технологія Racetrack займає проміжне положення між сучасними технологіями зберігання і останніми відкриттями IBM в області антиферромагнетиков.

«Сподіваюся, що, використовуючи отримані нами результати, інженери зможуть створювати активні елементи на основі антиферомагнітних структур, і їм вдасться успішно подолати всі виникаючі технологічні труднощі», - додав Хайнріх.

джерело - Computerworld