211service.com
Magnetisch geheugen geminiaturiseerd tot slechts 12 atomen
De kleinste magnetische geheugenbit ooit gemaakt - een aggregatie van slechts 12 ijzeratomen gemaakt door onderzoekers van IBM - toont de ultieme limieten van toekomstige gegevensopslagsystemen.
Laten we klein worden: Deze scanning tunneling microscoopafbeelding toont een groep van 12 ijzeratomen, het kleinste magnetische geheugenbit ooit gemaakt.
De magnetische geheugenelementen werken niet op dezelfde manier als de huidige harde schijven, en in theorie kunnen ze veel kleiner zijn zonder instabiel te worden. Gegevensopslagarrays gemaakt van deze atomaire bits zouden ongeveer 100 keer dichter zijn dan alles wat tegenwoordig kan worden gebouwd. Maar de 12 atomen waaruit elk bit bestaat, moeten nauwgezet worden geassembleerd met behulp van een dure en complexe microscoop, en de bits kunnen gegevens slechts een paar uur vasthouden en bij lage temperaturen die het absolute nulpunt naderen, dus de minuscule geheugenelementen zullen niet worden gevonden in consumentenproducten. apparaten binnenkort.
Terwijl de halfgeleiderindustrie tegen de grenzen van schaalvergroting botst door geheugen- en rekenapparatuur steeds kleiner te maken, heeft de IBM Almaden-onderzoeksgroep, geleid door Andreas Heinrich , werkt aan de andere kant en bouwt computerelementen atoom-voor-atoom in het laboratorium.
De benodigde technologie voor grootschalige productie op de schaal van één atoom bestaat nog niet. Vandaag de dag, zegt Heinrich, is de vraag: wat zou je in de verre toekomst op de schaal van atomen willen bouwen voor gegevensopslag en -berekening?
Terwijl ingenieurs conventionele apparaten miniaturiseren, ontdekken ze dat kwantumfysica, waar in het verleden nooit rekening mee hoefde te worden gehouden, apparaten minder stabiel maakt. Omdat conventionele magnetische geheugenbits bijvoorbeeld worden geminiaturiseerd, begint het magnetische veld van elke bit zijn buren te beïnvloeden, waardoor het vermogen van elke bit om een 1 of een 0 vast te houden, wordt verzwakt.
De IBM-onderzoekers ontdekten dat het mogelijk was om dit probleem te omzeilen door groepen atomen te gebruiken die een ander soort magnetisme vertonen. De sleutel, zegt Heinrich, is de magnetische spin van elk afzonderlijk atoom.
In conventionele magneten, of ze nu een briefje op de koelkast of in een gegevensopslagarray vasthouden, zijn de magnetische spins van de atomen uitgelijnd. Het is deze uitlijning die tot instabiliteit leidt wanneer magnetische geheugenelementen worden geminiaturiseerd. De IBM-onderzoekers maakten hun kleine geheugenelementen door ijzeratomen op een rij te zetten waarvan de spins tegengesteld waren uitgelijnd.
De onderzoekers construeerden en schreven gegevens naar de kleine geheugenelementen met behulp van een scanning tunneling-microscoop, een apparaat dat in 1981 door IBM Zürich werd ontwikkeld. Deze microscoop heeft een zeer dunne geleidende sonde die kan worden gebruikt om een oppervlak af te beelden en individuele atomen rond te duwen.
Heinrich zegt dat zijn team ontdekte dat het antiferromagnetisch geheugen kon maken met minder dan 12 atomen, maar deze waren minder stabiel. Met 12 atomen gehoorzamen de geheugenelementen aan de klassieke fysica, en de lees- en schrijfpulsen die door de microscoopsonde worden toegepast, zijn vergelijkbaar met die van de huidige harde schijven. Dit onderzoek wordt vandaag beschreven in het tijdschrift Wetenschap .
Elke realistische technologie voor niet-vluchtige gegevensopslag moet de gegevens 10 jaar kunnen vasthouden bij temperaturen die ver boven kamertemperatuur liggen, zegt Victor Zhirnov , een onderzoekswetenschapper bij de Semiconductor Research Corporation, die niet bij het werk betrokken was. De IBM-bits kunnen een 1 of een 0 slechts een paar uur vasthouden, en alleen bij zeer lage temperaturen, maar Heinrich zegt dat het mogelijk moet zijn om hun stabiliteit te vergroten voor gebruik bij meer realistische temperaturen door 150 atomen per bit te gebruiken in plaats van 12 -nog steeds een minuscuul aantal vergeleken met bestaande vormen van geheugen.
Het maken van een realistische technologie was echter niet het doel van het huidige werk, zegt Heinrich. Zijn doel is om te onderzoeken of andere soorten computerelementen kunnen worden gemaakt van een paar atomen, misschien door kwantum te omarmen. We moeten een vooruitziende blik hebben om ons geen zorgen te maken over de volgende stap, maar om naar iets potentieel revolutionairs te springen, zegt hij.